ОСНОВНА ЧАСТИНА. УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ТЕРМІЧОЇ ОБРОБКИ ПІДВІСОК ГВП, Загальні відомості про термічну обробку, що використовується - технологія термічної обробки підвісок гальмівно-важільної передачі електровозу, виготовлених із сталі 45

Загальні відомості про термічну обробку, що використовується

У проекті

Під термічною обробкою розуміють комплекс операцій нагрівання й охолодження сплаву, які здійснюються за певним режимом з метою зміни його будови та отримання заданих властивостей.

Основою термічної обробки є зміна структурно-фазового складу дислокаційної структури сплаву, яка може бути досягнута шляхом використання таких ключових факторів, як наявність в ньому алотропічних перетворень або залежного від температури обмеження взаємного розчинення компонентів.

Фундаментальною основою технології термічної обробки, що гарантує отримання очікуваних результатів, є її режим. Він включає в себе наступні елементи: температуру нагрівання, швидкість нагріву до заданої температури, час витримки при цій температурі та швидкість охолодження. Конкретні величини, що характеризують кожний з елементів режиму термообробки, залежить від хімічного складу оброблюваного сплаву, розміру деталі та цільового призначення виконуваного виду термічної обробки. Варіюючи ці величини, можна істотно змінювати фазову та дислокаційну структури сплаву і надавати йому задані властивості.

Від температури нагріву залежать характер перетворень, що відбуваються в сплаві, та сама можливість отримання після термообробки необхідної структури. Вона вибирається в залежності від хімічного складу сталі та цілі використаної термічної обробки.

Швидкість нагріву вибирається таким чином, щоб забезпечити мінімальні втрати часу на нагрів, і в той же час її величина повинна виключити виникнення в оброблюваної деталі небезпечних термічних напружень, які можуть призвести до викривлення і розтріскування деталі, що спостерігається при занадто швидкому нагріванні. Швидкість нагріву залежить від теплопровідності оброблюваного сплаву, яка, в свою чергу, визначається його хімічним складом.

Час витримки деталі по досягненню заданої температури повинен бути достатнім для її прогріву від поверхні до серцевини у найбільшому перетині, а також для повного завершення в сплаві тих, що мають дифузійний характер структурно - фазових перетворень, які повинні відбуватися в ньому при заданій температурі.

Швидкість охолодження при термічній обробці є дуже важливим елементом, від якого залежать особливості отриманої сплавом фазової та дислокаційної структури. Вона повинна бути достатньою для протікання в сплаві необхідних перетворень, але не надто великою, щоб уникнути небезпечних термічних та фазових напружень, які можуть викликати розтріскування або деформацію (викривлення) деталі.

По технології виготовлення підвісок для отримання заданих механічних властивостей були обрані такі види термічної обробки, як гартування та високий відпуск.

Подвійна термічна обробка сталі, яка складається із гартування та наступного високотемпературного відпуску (при 500 - 670 0С), називається покращенням.

Покращенню підлягають середньовуглецеві (0,3 - 0,5 %С) конструкційні сталі, до яких пред'являються високі вимоги по межі витривалості та ударній в'язкості. Покращення значно підвищує конструктивну міцність сталі, зменшуючи чутливість до концентраторів напруження, збільшує роботу розвитку тріщини та знижує температуру порогу холодноламкості. Однак зносостійкість покращеної сталі внаслідок зниження твердості не висока.

Гартування - це ТО, яка полягає у нагріві сталі до температури, що перевищує температуру фазових перетворень, витримці при цій температурі та подальшому охолодженні зі швидкістю, яка перевищує критичну мінімальну швидкість охолодження. Основною метою гартування є отримання високої твердості, зміцнення. В основі гартування лежить аустенітно - мартенситне перетворення.

Оптимальний інтервал гартівних температур вуглецевої сталі представлений на рисунку 2.1 [8].

інтервал оптимальних температур для гартування вуглецевих сталей

Рисунок 2.1 - Інтервал оптимальних температур для гартування вуглецевих сталей

Для досягнення максимальної твердості при гартуванні прагнуть отримати мартенситну структуру. Мінімальна швидкість охолодження, яка необхідна для переохолодження аустеніту до мартенситного перетворення, називається критичною швидкістю гартування. Швидкість охолодження визначається видом охолоджуючого середовища.

Вибір конкретного гартівного середовища визначається видом виробу. Наприклад, для підвісок із сталі 45 використовується вода з температурою 20 - 30 0С, а для сталі 40Х - вода - масло 20 - 50 0С.

Важливими характеристиками сталі, необхідними для призначення технологічних режимів гартування, являються загартовуваність та прогартованість. Загартовуваність характеризує здатність сталі до підвищення твердості при гартуванні і залежить головним чином від вмісту вуглецю в сталі. Загартовуваність оцінюють по твердості поверхневого шару стального зразка після гартування.

Прогартованість характеризує здатність сталі загартовуватись на необхідну глибину. Прогартованість оцінюється по відстані від поверхні виробу до шару, в якому міститься не менше 50% мартенситу. Залежить прогартованість від критичної швидкості охолодження: чим менша критична швидкість гартування, тим вище прогартованість. На прогартованість також впливає хімічний склад сталі, характер гартівного середовища, розмір та форма виробу та інші фактори.

Прогартованість деталей із середньо вуглецевої сталі при гартуванні в маслі нижче, ніж при гартуванні в воді. Прогартованість різко зменшується із збільшенням розмірів заготівки.

Стан загартованих деталей відрізняється дуже сильною не рівноважною структурою. Це обумовлено підвищеною концентрацією вуглецю у твердому розчині, високою густиною дефектів кристалічної будови, а також внутрішнім напруженням. Із-за цього загартована сталь хоч і володіє високою міцністю та твердістю, одночасно з цим має практично нульовий запас в'язкості. Ударні навантаження можуть викликати швидке руйнування деталі. Тому завжди гартування деталі підлягає додатковій термообробці - відпуску.

Відпуск - це заключна операція ТО сталі, яка полягає в нагріві нижче температури перлітного перетворення (727 0С), витримці та подальшому охолодженні. При відпуску формується кінцева структура сталі. Метою відпуску являється отримання заданого комплексу механічних властивостей сталі, а також повне або часткове усунення гартівних напружень.

Високий відпуск проводять при 440 - 650 0С для досягнення оптимального поєднання прочностних, пластичних та в'язких властивостей. Структура сталі представляє собою однорідний сорбіт відпуску із зернистою будовою цементиту. Високотемпературний відпуск застосовується для конструктивних сталей, деталі з яких підлягають дії високих напруг та ударних навантажень.

Відпуск легованих сталей проводять при більш високих температурах, ніж вуглецевих, щоб прискорити дифузію легуючих елементів. Хром являється одним із тих легуючих компонентів, які затрудняють процес розпаду мартенситу при нагріві. При однаковій температурі відпуску міцність та пластичність легованих сталей вища, ніж у вуглецевих.

Так як у проекті було запропоновано замінити сталь 45 на 40Х для виготовлення підвісок, то, слідуючи з цього, ми змінюємо і сам технологічний процес термічної обробки.

Після гарячого штампування вже готові поковки завантажуємо в піч Ц-105А у спеціальному пристосуванні, деталі розміщуємо у вертикальному положенні для рівномірного прогріву. Далі нагріваємо підвіски до температури 850 0С та витримуємо при цій температурі 2 години. Для забезпечення кращої прогартованості та уникнення внутрішніх напружень охолодження виробів проводять почергово у двох середовищах: спочатку деталі занурюємо в воду, засікаємо певний час, визначений експериментально, доводимо метал приблизно до температури 400 0С (трохи вище Мн), потім швидко переносимо їх в масло, де і відбувається кінцеве охолодження до температури приблизно 40-50 0С.

Нагрів поковок для відпуску проводимо у печі ПН-34М до температури 570 0С, витримуємо 2,5 години, а потім охолоджуємо у воді до кімнатної температури. Після ТО деталі підлягають механічній обробці. Режим термічної обробки підвісок із сталі 40Х наведено на рисунку 2.2.

Після такої термічної обробки сталь 40Х повинна мати кращі механічні властивості, ніж сталь 45 (див. табл..1.4 та рис.1.3).

графік режиму термічної обробки підвісок із сталі 40х

Рисунок 2.2 - Графік режиму термічної обробки підвісок із сталі 40Х

Перевагами гартування підвісок у двох середовищах є: забезпечення оптимальної швидкості охолодження, яка запобігає розпад переохолодженого аустеніту в області температур мінімальної стійкості А, зниження рівня гартівних напружень, уникнення дефектів типу викривлення.

Недоліком цього ж процесу являється необхідність мати високо-кваліфікаційних термістів та висока вартість мінерального масла.

Похожие статьи




ОСНОВНА ЧАСТИНА. УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ТЕРМІЧОЇ ОБРОБКИ ПІДВІСОК ГВП, Загальні відомості про термічну обробку, що використовується - технологія термічної обробки підвісок гальмівно-важільної передачі електровозу, виготовлених із сталі 45

Предыдущая | Следующая