Контрольная работа по "Технологии"

Вариант 27

Разработайте  технологический  процесс  прессования  латунных  труб  с  использованием полунепрерывного литья.

Задача 1

Для  повышения  износостойкости  стаканов  цилиндров  мощных  двигателей внутреннего  сгорания  применяют азотирование. Выберите  сталь, пригодную  для  азотирования,  приведите  химический  состав,  рекомендуйте режим  термической  обработки  и  режим  азотирования  и  укажите  твердость  поверхностного слоя и механические свойства нижележащих слоев в готовом  изделии.  Сравните:  твердость,  получаемую  при азотировании  с получаемой цементации;  температуры,  до  которых может быть  сохранена высокая твердость азотированного  и цементованного  слоев,  при каком из  этих процессов меньше  деформация  детали.  Укажите возможный  состав  и толщину азотированного слоя.

Решение:

Технологический процесс предусматривает несколько  операций, приведенных ниже:

1. Предварительная термическая обработка заготовки. Эта операция состоит из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной прочности и вязкости в сердцевине изделия.

Закалку стали 38Х2МЮА выполняют  с нагревом до 930 – 950 ˚С с охлаждением  в воде или масле. Отпуск проводят при высокой температуре 600 – 675 ˚С, превышающей максимальную температуру  последующего азотирования и обеспечивающей получение твердости, при которой сталь можно обрабатывать резанием. Структура стали после этого отпуска – сорбит.

2 Механическая обработка деталей, а также шлифование, которое придает окончательные размеры детали.

3.Защита участков, не подлежащих азотированию, нанесением тонкого слоя (0,01 – 0,015 мм) олова электролитическим методом или жидкого стекла. Олово при температуре азотирования расплавляется на поверхности стали в виде тонкой не проницаемой для азота пленки.

4.Азотирование

5.Окончательное шлифование или доводка изделия.

Азотирование тонкостенных изделий сложной конфигурации рекомендуется  выполнять 500 – 520 ˚С. Длительность процесса зависит от требуемой толщины  азотированного слоя. Чем выше температура  азотирования, тем ниже твердость азотированного слоя и больше толщины (рис. 7). Снижение твердости азотированного слоя связанно с коагуляцией нитридов легирующих элементов. Обычно при азотировании желательно иметь слой толщиной 0,3 – 0,6 мм. Процесс азотирования при 500 – 520 ˚С в этом случае является продолжительным и составляет 24 – 60 ч.

Рис. 7. Влияние  температуры и продолжительности  азотирования на твердость и толщину  азотированного слоя: 1 – сталь 38ХМЮА; 2 – легированные конструкционные  стали (40Х, 40ХНМА, 18Х2Н4ВА и др.); 3 – углеродистые стали.

В процессе насыщения азотом изменяются, но очень мало, размеры  изделия в следствие увеличение объема поверхностного слоя. Деформация возрастает при повышении температуры  азотирования и толщины слоя.

Для ускорения процесса азотирования нередко применяют двухступенчатый процесс: сначала азотирование проводят при 500 – 520 ˚С, а затем при 540 – 560 ˚С. При двухступенчатом процессе сокращается продолжительность процесса, при этом сохраняется высокая твердость азотированного слоя. Охлаждение после азотирования производят вместе с печкой в потоке аммиака (до 200 ˚С) во избежание окисления поверхности.

Рис 2. Шахтная муфельная печь США-8.12/6.Л1:

1 – Каркас печи; 2 –  вентилятор; 3 – крышка; 4 – муфель;5  – футеровка; 6 – нагреватели; 7 – крестовина; 8 – направляющий экран.

Азотирование  чаще ведут в шахтных печах (рис. 8) с принудительной циркуляцией  газа и максимальной рабочей температурой 600 или 700 ˚С. Шахтные печи (США) выпускаются  с двумя сменными муфелями или с одним стационарным. Первый муфель после окончания процесса азотирования вынимается из печи и охлаждается на воздухе, в печь загружается второй муфель с деталями. При азотировании крупногабаритных изделий более экономичны печи с одним муфелем. Значительное сокращение (в 2 – 3 раза) общего времени процесса достигается при азотировании в тлеющем разряде (ионное азотирование), которое проводят в разряженной азотосодержащей атмосфере (NH₃ или N₂) при подключении обрабатываемых деталей к отрицательному электроду – катоду. Анодом является контейнер установки. Между катодом (деталью) и анодом возбуждается тлеющий разряд, и ионы газа, бомбардируя поверхность катода, нагревают ее до температуры насыщения. Процесс ионного азотирования реализуется в две стадии: 1. Очистка поверхности катодным распылением; 2. Собственно насыщение. Катодное распыление проводят в течении 5 – 60 мин при напряжении 1100 – 1400 В и давлении 0,1 – 0,2 мм рт. ст. В процессе катодного распыления температура поверхности детали не превышает 250 ˚С. Температура азотирования 470 – 580 ˚С, давление 1 – 10 мм рт. ст., рабочее напряжение 400 1100 В, продолжительность процесса составляет от 1 до 24ч. В последние годы получило применение азотирование при 570 ˚С в течении 1,5 – 3,0 ч в атмосфере, содержащей 50% эндогаза и 50% аммиака или 50% пропана (метана) и 50% аммиака. В результате такой обработки на поверхности стали образуется тонкий карбонитридный слой Fe₃(N, C), обладающий меньшей хрупкостью и более высокой износостойкостью, чем чисто азотистая ε-фаза. Твердость карбонитридного слоя легированных сталях HV 600 – 1100. Такая обработка сильно повышает предел выносливости изделий.

Азотирование  в жидких средах (тенифер – процесс)

Процесс проводят при 570 ˚С в течении 0,5 – 3,0 ч в расплавленных цианистых слоях (85% соли, содержащей 40% KCNO и 60% NaCN + 15% Na₂CO₃ или 55% карбамида [(NH₂)₂CO] и 45% Na₂CO₃, через которые пропускают сухой воздух). Соли расплавляются в тигле из титана. В следствие низкой температуры в сталь диффундирует в основном азот, образующийся при разложении цианистых солей. В результате обработки на поверхности стали возникает тонкий (7 – 15 мкм) карбонитридный слой Fe₃(N, C), обладающий высоким сопротивлением износу и не склонный к хрупкому разрушению. Ниже карбонитридного слоя располагается слой, состоящий из твердого раствора азота в α-железе и избыточных кристаллов γ´-фазы. Общая толщина слоя 0,15 – 0,5 мм. Как и после газового азотирования, твердость слоя на углеродистых сталях HV 300 – 350, а на легированных HV 600 – 1100. Жидкое азотирование значительно повышает предел выносливости сталей. Достоинством процесса является незначительное изменение размеров и отсутствие коробления деталей, недостатком – токсичность и высокая стоимость цианистых солей. Этот процесс за рубежом широко применяется для обработки деталей автомобиля (коленчатых валов, шестерен и т. д.), штампов, пресс-форм и т. д.

Задача 2

Машиностроительный  завод  изготавливает  детали  при  различных условиях  резания.  Резцами  с  большой  скоростью  резания  обрабатывается легированная  сталь  твердостью  НВ  300...350;  резьбовыми  фрезами  с умеренной скоростью -  стали твердостью НВ 200...220, плашками диаметром 60  мм  с  небольшой  скоростью  нарезается резьба  на  стали твердостью НВ 120...140.  Подберите  марку  сплава  (стали),  для  каждого  из  этих инструментов,  обоснуйте  сделанный  выбор  и  сравните  микроструктуру  иосновные свойства выбранных материалов.

Задача 3

Выберите  сплав  для  производства  камер  сгорания  реактивных двигателей,  испытывающих  кратковременный  нагрев  в  сильно окислительной  среде до  температуры  1100...1200  °С.  Укажите  химический состав,  структуру  и  свойства  выбранного  сплава.  Предложите  и  обоснуйте режим термической обработки для получения заданных свойств. Обоснуйте выбор состава сплава, обеспечивающего максимальную жаростойкость.