Контрольная работа: Выбор материала детали и разработка технологического процесса термической обработки

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО науки и высшего ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра машиностроения

\Материаловедение

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема работы: Выбор материала детали и разработка технологического процесса термической обработки

Выполнил: студент гр. ОНГ-20-1 Бронов А.П.

Санкт-Петербург 2022

Аннотация

В данном курсовом проекте выполнен выбор металлического материала для изготовления тихоходного вала, разработан режим термической обработки, приведены основные механические свойства материала. Выбор материала для детали сделан на основе входных данных.

Annotation

In this course project, the choice of a metal material for the manufacture of a slow-speed shaft is made, a heat treatment mode is developed, and the main mechanical properties of the material are given. The choice of material for the part is made based on the input data.

Оглавление

• Введение
• 1. Выбор материала
• 2. Выбор вида и расчет режимов упрочняющей термической обработки
• 3. Выбор термической печи
• Заключение
• Список литературы
• Введение
• Целью работы является систематизация знаний, приобретение навыков решения конкретных вопросов, связанных с разработкой технологических процессов термической обработки.
• Необходимо выбрать материал, выбрать вид и расчет режимов упрочняющей термической обработки, выбрать термическую печь.
• При выполнении расчетов использовались ПО:
• Microsoft Excel - программа для работы с электронными таблицами, созданная корпорацией Microsoft. Она предоставляет возможности экономико-статистических расчетов, а также графические инструменты.
• КОМПАС - 3D - широко используемый для проектирования изделий основного и вспомогательного производств в таких отраслях промышленности, как машиностроение.
• вал сталь термический печь
• 1. Выбор материала
• Дано: Тихоходный многоступеньчатый вал, рассчитан на у_доп=260 МПа, твердость поверхности 310 HB.

Порядок выполнения задания:

1. Установление группы детали:

Вал, как элемент, работающий в условиях значительных напряжений и ударных нагрузок, относится к II группе деталей и должен изготавливаться из улучшаемой стали.

2. Выбор марки улучшенной стали, исходя из величины допустимого напряжения

Исходя из выполнения неравенств

_0,2(_Т) ? 1,6 [у]_доп и _в ? 2,4 [у]_доп

значение условного предела текучести (предела текучести) выбранной стали должно быть не менее 416 МПа, а предела прочности не менее 624 МПа. Такому требованию удовлетворяет качественная углеродистая сталь марки 35 после улучшения со значениями _0,2 и _в 520 МПа и 700 МПа (табл. 3), соответственно.

3. Проверка выбранной марки стали на прокаливаемость

Вал, как элемент, передающий крутящий момент, работает в условиях изгиба и кручения, когда механическим нагрузкам подвергаются только наружные слои детали. Поэтому изделие достаточно прокаливать на глубину ? 0,25D. Таким образом, критический диаметр выбранной стали должен быть не меньше четверти диаметра вала.

Для вала диаметром 40 мм требуется сталь с критическим диаметром закалки не менее 10 мм. Поскольку у стали 35 величина D_К = 20 мм (табл. 3) эта сталь для изготовления данного вала подходит.

Химический состав стали 35 по справочным материалам представлен ниже:

С - 0,32-04%;Si - 0,17;Mn - 0,5-0,8%;Ni - до 0,25;S - до 0,04%;P - до 0,0035%;Cr - 0,25%;

4. Проверка стали на необходимую величину твердости

Согласно заданию вал должен иметь твердость не менее 310HB, что составляет 1030 МПа. Твердость стали поверхности деталей из стали 35 после цементации, закалки и низкого отпуска составляет 1950 МПа и, следовательно, с точки зрения обеспечения необходимой твердости, сталь 35 подходит.

2. Выбор вида и расчет режимов упрочняющей термической обработки

Определение температурных и временных параметров окончательной термической обработки.

В соответствии с данными п. 2 операции термической обработки стали проводим при следующих температурах:

- закалку - при Т_З = 850⁰С,

- высокий отпуск - при Т_О = 550⁰С (вода/масло).

Время нагрева до температуры аустенизации под закалку определим по формуле, известной из курса лекций

t_{н зак} = 2,5+0,5 D = 2,5+20 =22,5

D - характерный размер, соответствующий для данного случая диаметр детали (40 мм).

1. Время выдержки для осуществления процесса аустенизации перед закалкой:

t_{в зак} = 0,2 t_{н зак} = 0,222,5 = 4,5 мин

Время охлаждения детали в процессе закалки (в масле) от Т_З = 850⁰С до комнатной температуры Т_комн = 20⁰С:

t_{охл зак} = (Т_З - Т_комн) / V_охл = (850 - 20) / 50 = 16,6 с = 0,276 мин.

2. Время нагрева детали до температуры высокого отпуска t_{н отп} и время необходимой выдержки при этой температуре t_{в отп} определим из формулы:

t_{н отп} = 10 + д = 10 + 40 = 50 мин,

где д - характерный размер (для нашего случая диаметр) детали, мм.

Время охлаждения после высокого отпуска (среда воздух):

t_{охл отп} = (Т_О - Т_комн) / V_охл = (550 - 20) / 3 = 175 с = 2,9 мин.

3. Построение диаграммы окончательной термической обработки

Рис.1 Диаграмма термической обработки стали 35

3. Выбор термической печи

Термическая печь - печь для термической обработки металлических изделий.

В процессе термической обработки повышается качество изделий или сообщаются дополнительные свойства, что обеспечивает сокращение расхода металла в процессе эксплуатации.

При массовом производстве деталей обычно отдельную печь для каждого этапа термической обработки, чтобы не тратить время на нагрев, охлаждение печей, для производительности процесса.

Печи для термической обработки по роду энергии разделяют на пламенные: работающие на жидком, твердом или газообразном топливе; электрические.

Электрические печи в свою очередь различают на печи сопротивления и индукционные печи. По конструкции и принципу действия: камерные и шахтные, печи непрерывного действия: конвейерные, толкательные. Кроме этого различают печи без защиты от окисления и с защитной газовой средой и печи-ванны

Для термической обработки вала необходимо:

1)Электропечь для закалки металла камерного типа для черных металлов моделью ПКМ 3.6.2

Внешнее размеры, мм: 1600-1300-1700

Внутренние размеры, мм: 600-300-200

Температура максимальная, С: 1250

Мощность, кВт: 12

Вес, кг: 410

2)Электропечь шахтного типа для отпуска ПШО 6.15/7И1

Размер рабочей камеры, мм : 600-1500

Максимальная рабочая температура, С: 700

Мощность, кВт (нагревателя + двигателя): 36

Заключение

В ходе выполнения работы были получены знания, как выбрать материал, выбрать вид и расчет режимов упрочняющей термической обработки, выбрать термическую печь.

Список литературы

1. Шмыков А.А. Справочник термиста - Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы. - 1952 г., 288