Разработка технологического процесса термической обработки детали (стрельчатая лапа)

Температура критических  точек материала 65Г.

Ac1 = 721 ,      Ac3(Acm) = 745 ,       Ar3(Arcm) = 720 ,       Ar1 = 670 ,       Mn = 270

 

 

Механические  свойства при Т=20^oС материала 65Г .

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
			980	785	8	30		Состояние поставки
Лента отожжен.	до 1.5		650		15

 

 

Твердость материала   65Г   после отжига ,	HB 10 -1 = 241   МПа
Твердость материала   65Г   без термообработки ,	HB 10 -1 = 285   МПа

Физические  свойства материала 65Г .

T	E 10- 5	a 10 6	L	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.15		37	7850
100	2.13	11.8	36	7830	490
200	2.07	12.6	35	7800	510
300	2	13.2	34		525
400	1.8	13.6	32	7730	560
500	1.7	14.1	31		575
600	1.54	14.6	30		590
700	1.36	14.5	29		625
800	1.28	11.8	28		705
T	E 10- 5	a 10 6	L	r	C	R 10 9

Технологические свойства материала 65Г .

Свариваемость:	не применяется для сварных конструкций.
Флокеночувствительность:	малочувствительна.
Склонность  к отпускной хрупкости:	склонна.

 

Обозначения:

Механические  свойства :
sв	- Предел кратковременной  прочности , [МПа]
sT	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5	- Относительное  удлинение при разрыве , [ % ]
y	- Относительное  сужение , [ % ]
KCU	- Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB	- Твердость  по Бринеллю , [МПа]

Физические  свойства :
T	- Температура,  при которой получены данные свойства , [Град]
E	- Модуль упругости  первого рода , [МПа]
a	- Коэффициент  температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
l	- Коэффициент  теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r	- Плотность  материала , [кг/м3]
C	- Удельная  теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
R	- Удельное  электросопротивление, [Ом·м]

Свариваемость :
без ограничений	- сварка производится  без подогрева и без последующей  термообработки
ограниченно свариваемая	- сварка возможна  при подогреве до 100-120 град. и последующей  термообработке
трудносвариваемая	- для получения  качественных сварных соединений  требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг

 

 

 

 

 

2.2Анализ влияния углерода и легирующих элементов стали на технологию ее термообработки и полученные результаты

 

Марганец понижает точку  А₃ и повышает точку А₄ (расширяет области γ-железа). В присутствии марганца понижается температура эвтектоидного превращения стали (точка А₁), а также понижается содержание углерода в эвтектоиде (перлите), С углеродом марганец образует карбид Mn₃C. Карбид марганца Mn₃C и карбид Fe₃C обладают неограниченной растворимостью один в другом. Поэтому в марганцовистой стали находится сложный карбид типа (Fe, Mn) ₃C. Растворяясь феррите, марганец повышает его твердость и прочность и понижает вязкость. По сравнению с другими легированными элементами марганец наиболее резко уменьшает критическую скорость закалки, т. е значительно повышает прокаливаемость стали, снижает наиболее резко температуру мартенситного превращения. После охлаждения на воздухе в марганцовистых сталях в зависимости от содержания в них углерода и марганца могут образоваться различные структуры – перлит, аустенит, мартенсит. Чем больше в стали марганца, тем при меньшем содержании углерода образуется структуры мартенсита и аустенита.

Марганец способствует росту зерна стали при нагревании. Иначе говоря, марганцовистые стали  склонны к образованию крупнозернистой структуры при небольшом перегреве. Этот недостаток марганцев сталей необходимо учитывать при термической обработке, правильно выбирать температуру нагревания и давать по возможности минимальную выдержку. Марганцовистые стали склонны к отпускной хрупкости и поэтому после отпуска детали следует охлаждать быстро (в масле).

На процесс цементации стали марганец оказывает положительное  влияние, ускоряет насыщение стали  углеродом.

 

              

 

Температура критических  точек, ⁰С.

Ас1	Ас3	Аr1	Ar3
723	760	680	740

 

 Применение стали 65Г и термообработка изделий: пружины спиральные, листовые и пружинные шайбы делают из стали 65Г и других пружинно-ресорных сталей. Для изготовления пружин применяют пружинную сталь. Твёрдость пружин находится в пределах R_c = 40-50, а пружинных шайб R_с = 40-48. При приёмке пружины проверяют на твёрдость и на упругость. Метод проверки должен, по возможности, приближаться к фактическим условиям работы пружин (растяжение, сжатие или изгиб).

Пружины, изготовленные  из термически обработанной (патентированной) проволоки или ленты классов Н, П и В, проходят дополнительный отпуск при температуре 250-350° для снятия внутренних напряжений, возникших при их изготовлении, и для повышения упругих свойств проволоки.

Отпуск пружин лучше  всего производить в селитровых ваннах в течение 5-10 мин., в зависимости от сечения материала. При отпуске в нефтяных или электрических печах следует особое внимание обращать на равномерность нагрева. Время отпуска в этих печах 20-40 мин.

Пружины, изготовленные  из отожжённой стали, подвергают закалке и отпуску. В случае изготовления пружин из проволоки диаметром более 6 мм перед закалкой производят высокий отпуск при температуре 670-720° для устранения наклёпа, явившегося результатом холодной навивки. Пружины, навиваемые нагорячо, перед закалкой проходят нормализацию.

Для нагрева под закалку  пружины помещают в камерные печи или соляные ванны, нагретые до требуемой  температуры. Во избежание деформации пружины крупных размеров нагревают  в специальном приспособлении.

Мелкие пружины в печь загружают на противне. Выдержка в печи должна быть наименьшая - для предотвращения окисления и обезуглероживания. Для уменьшения времени пребывания в печи мелкие пружины кладут на предварительно нагретый противень. При отсутствии в печи защитной атмосферы пружины упаковывают в изолирующую среду или же забрасывают в печь небольшие количества древесного угля. Охлаждают пружины в масле. Охлаждать пружины в воде во избежание появления трещин не рекомендуется. В случае необходимости закалки в воде выдержка должна быть не более 2-3 сек. с последующим охлаждением в масле.

Перед отпуском пружины  очищают от масла промывкой в  содовом растворе или тщательной протиркой в опилках. Не удалённое  с пружин масло при отпуске  вспыхивает и изменяет условия отпуска, что приводит к неравномерному нагреву и заниженной твёрдости. Температура отпуска 300-420°. Отжиг крайних витков производится в свинцовой ванне.

Крупные пружины перед  отпуском надевают на трубы для устранения коробления.

Следует обратить внимание на поверхность материала, идущего для изготовления пружин. Риски, волосовины и прочие дефекты ведут к образованию трещин, а обезуглероженный слой - к уменьшению упругих свойств пружины.

Весьма часто антикоррозийные  покрытия, применяемые для ряда пружин, придают им хрупкость вследствие насыщения металла водородом во время травления и в процессе покрытия. Особенно это заметно на пружинах из проволоки или ленты малого сечения. Эта хрупкость, называемая травильной или водородной, устраняется нагревом готовых пружин в масле, глицерине или сушильном шкафу при температуре 150-180° в течение 1-2 час.

Однако при длительном травлении металл насыщается водородом  настолько сильно, что указанная  температура не устраняет хрупкости  и пружины необходимо отжигать. Во избежание глубокого наводороживания пружины из тонкой проволоки или ленты перед покрытием не следует травить, а нужно подвергать их пескоструйной очистке и после Покрытия нагревать, как указано выше.

 

 

Диаграмма состояния  железо-цементит

(рис.2.1)

 

Химический  состав в % материала 65Г

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.62 - 0.7	0.17 - 0.37	0.9 - 1.2	до   0.25	до   0.035	до   0.035	до   0.25	до   0.2

 

Основными легирующими  элементами стали 65Г являются марганец и кремний и относится к перлитному классу. Перлитный класс - сталь, имеющая после нормализации структуру перлит (сорбит или тростит), перлит (сорбит или тростит) + феррит, перлит (сорбит или тростит) + заэвтектоидные карбиды (строительные, конструкционные и инструментальные углеродистые и низколегированные стали). Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы. Марганец – увеличивает прокаливаемость, однако содействует росту зерна, и повышает порог хладоломкости до (+40…-60)^oС. Легирование (за исключением кремния и марганца) мало влияет на предел упругости - главное свойство этих сталей. Более существенно оно проявляется в повышении прокаливаемости, релаксационной стойкости, предела выносливости.

Марганец в стали 65Г  предназначен:

Во-первых, для устранения окислов железа, которые образуются при производстве литой стали  – обыкновенно вводят в жидкий металл некоторое количество марганца, в виде зеркального чугуна или  ферромангана. Часть марганца зеркального чугуна раскисляет окислы и переходит в шлак, часть же остается в стали в виде соединения с железом или просто механическая примесь.

Во-вторых марганец увеличивает  твердость, повышает предел упругости  и сопротивление разрыву, а кроме  того уплотняет сталь, что для пружинно-рессорсной стали имеет важное значение.

Кроме марганца, в стали 65Г в значительном количестве содержится: кремний и хром. Кремний значительно  повышает упругие свойства стали, но несколько снижает ударную вязкость. Хром в свою очередь, затрудняет рост зерна при нагреве, повышает механические свойства стали при статической и ударной нагрузке, повышает прокаливаемость и жаростойкость, режущие свойства и стойкость на истирание. При значительных количествах хрома сталь становится нержавеющей и жаростойкой. Так же в данной стали присутствуют вредные вещества, такие как фосфор и сера, данные примеси, отрицательно сказываются на качестве сталей, но в современном мире при производстве металла данные примеси стали постоянным сопутствующим элементом всех металлов. Благо, сталь 65Г, содержит много марганца, который в значительной степени устроняет серу и фосфор из стали.