Термическая обработка прокатного валка

Введение

    Термическую обработку стальных деталей проводят в тех случаях, когда необходимо либо повысить прочность, твердость, износоустойчивость или упругость детали или инструмента, либо наоборот, сделать металл более мягким, легче поддающимся механической обработке.Термическая (тепловая) обработка состоит в изменении структуры металлов и сплавов путем нагревания их и последующего охлаждения с той или иной скоростью; при этом достигаются существенные изменения свойств при том же химическом составе сплава.Прокатный валок относится к прокатному производству, в частности к конструкциям прокатных станов. Представленный прокатный валок используется в трубопрокате непрерывном 110 – бесшовные трубы диаметром от 50 до 110мм. В настоящее время широкое применение получили низколегированные и легированные стали, применяемые для изготовления наиболее важных, ответственных деталей и изделий. Стали 40Х и 38ХА относятся к конструкционным легированным сталям и находят широкое применение в машиностроении. Из стали этих марок изготавливаются ответственные детали, работающих в сложных условиях нагружения, нормальных, пониженных и повышенных температурах,к каким и относится данная деталь. Целью данной курсовойработы является разработка технологического процесса цементации рабочей поверхности прокатныхвалка. А также описание и расчеты проведения всех операций ТО, составление технологической карты на термическую обработку.

1 Анализ условий работы

   Прокатный валок является рабочей частью прокатного стана. Проходя между прокатными валками, металл обжимается (уменьшается высота поперечного сечения проката) и вытягивается (увеличивается длина проката), Представленный прокатный валок используется для полос сварных труб, с винтовым швом. Полоса шириной 150мм(сутунка) для штучной прокатки горячекатаного листа.

Прокатный валок состоит из:

- бочки — рабочая часть, непосредственно касается металла и производит его деформацию, бывают профилированными (для сортового проката) или нет (для листового);

- шеек — опорная часть, устанавливается на подшипники, в зависимости от типа используемых подшипников бывают конусными (под подшипники жидкостного трения) или цилиндрическими (под подшипники качения). На рисунке 1 показан общий вид прокатных валок.

- приводных  концов — служат для соединения с приводом через муфту или шпиндель

На рисунке 1 представлены составные части прокатного валка.

 

 

Рисунок 1 – Cоставные части прокатного валка

 

1 — бочка; 2 — шейки; 3 — приводной конец; 4 — прокатываемый металл (полоса)

 

 

    Прокатные валки основной инструмент, эксплуатационные характеристики которого оказывают влияние на производительность прокатных станов и качество продукции. Расход валка составная часть себестоимости прокатной продукции. Велико также значение качества валков. Актуальность проблемы повышения эксплуатационных характеристик валков и, в первую очередь, их стойкости в условиях внедрения в прокатное производство станов непрерывной и бесконечной прокатки постоянно возрастает.

Исходя из условий работы валков станов горячей прокатки и требований к ним, в первую очередь можно выделить высокую  
износостойкость по длине и глубине рабочего слоя  
при высоких температурах и давлениях; увеличение  
углов захвата прокатываемого металла; статическую прочность (стойкость против поломок); постоянство рабочего диаметра; чистоту поверхности калибров; точность обработки и некоторые другие. 
Валки черновых клетей делают обычно из кованной стали. Предчистовые и чистовые (обладающие высокой износостойкостью, для получения высокой точности проката) – чугунные (легированные) валки. 
Основные эксплуатационные свойства валков достигаются путем соответствующего регулирования таких механических свойств валковго материала, как твердость, пластичность, шероховатость, ударную вязкость, временное сопротивление и др.[2]

2 Обоснование выбора марки стали

В соответствии с заданием, твердость поверхности  валка должна составлять HRC 58-62,упрочненный слой должен быть 0,7-0,9 мм. Для выбора марки стали рассмотрим несколько типов подходящих марок сталей таких как сталь 40Х, сталь 38ХА,сталь 45.

 

2.1Сталь 40Х

 

Общие сведения

Заменительстали: 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС, 40ХФ, 40ХР.

Химический  состав стали 40Х приведен в таблице 1, температуры критических точек  стали 40Х приведены в таблице 2,механические свойства стали 40 Х приведены  в таблице 3.

 

Таблица 1 – Химический состав стали 40Х

 

Химический состав	Кремний (Si)	Медь (Cu)	Марганец (Mn)	Никель (Ni)	Фосфор (P)	Хром (Cr)	Сера (S)
Содержание в %	0.17-0.37	не более 0.30	0.50-0.80	не более 0.30	не более 0.035	0.80-1.10	0.035

Таблица 2 - Температуры критических  точек стали 40Х

 

Критическая точка	Ac1	Ac3	Ar3	Ar1	Mn
°С	743	815	730	693	325

 

Таблица 3 – Механические свойства стали 40Х после типовой термообработки, состояние поставки - пруток ГОСТ 4543-71

 

Вид термообработки	Сечение, мм	σ0,2 ,МПа	σв,МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2
Закалка 860 °С, масло. Отпуск 500 °С, вода или масло	25	780	980	10	45	59

 

2.2Сталь 38ХА

 

Сталь является конструкционной легированной, хромистой. Заменители:40Х, 35Х, 40ХН.

Применяется для изготовления: червяков, зубчатых колес, шестерён, валов, осей, ответственных  болтов и других улучшаемых деталей .

Химический  состав стали 38ХА приведен в таблице 4, температуры критических точек  стали 38ХА приведены в таблице 5,механические свойства стали 38ХА приведены в таблице 6.[1]

 

Таблица 4 - Химический состав стали 38ХА

 

Химический элемент	Кремний (Si)	Медь (Cu)	Марганец (Mn)	Никель (Ni)	Фосфор (P)	Хром (Cr)	Сера (S)
%	0.17-0.37	0.30	0.50-0.80	не более0.30	не более0.025	0.80-1.10	не более         0.025

 

Таблица 5 - Температуры критических точек стали 38ХА

 

Критическая точка	Ac1	Ac3	Ar3	Ar1	Mn
°С	740	780	730	693	250

 

Таблица 6 - Механические свойства стали 38ХА

 

Сортамент	Рекомендуемая ТО	Размер, мм	sт	d5	d5, %	Y, %	KCU, кДж/м2
Пруток, ГОСТ 4543-71	Закалка                                                                            860C, масло,                                                                                                                        Отпуск550C вода	Ø 25	930	780	12	50	880
	Отжиг		590			60

 

2.3Сталь 45

 

Общие сведения

Заменительстали: 40Х, 50, 50Г2

Химический  состав стали 45 приведен в таблице 7, температуры критических точек  стали 45 приведены в таблице 8,механические свойства стали 45 приведены в таблице 9.

 

Таблица 7 – Химический состав стали 45

 

Химический элемент	Кремний (Si)	Медь (Cu)	Марганец (Mn)	Никель (Ni)	Фосфор (P)	Хром (Cr)	Сера (S)
%	0.17-0.37	0.30	0.50-0.80	не более0.30	не более0.025	0.80-1.10	не более         0.025

 

Таблица 8 - Температуры критических точек стали 45

 

Критическая точка

Ac1

Ac3

Ar3

Ar1

Mn

 

Таблица 9 – Механические свойства стали 45

 

Сортамент	Рекомендуемая ТО	Размер, мм	sт	d5	d5, %	Y, %	KCU, кДж/м2
Пруток, ГОСТ 4543-71	Закалка                                                                            860C, масло,                                                                                                                        Отпуск550C вода	Ø 25	930	780	12	50	880
	Отжиг		590			60

 

 

2.4Влияние легирующих элементов

 

    Влияние углерода. Углерод − это основной легирующий элемент, оказывающий влияние на свойства стали, прежде всего, механические,так

как углерод  оказывает упрочняющие действие на сталь, и для достижения оптимальных прочных и пластических свойств. Нежелательно содержание меди выше допустимых пределов, так как в стали присутствует определенное количество олова, которое, взаимодействуя с медью, отрицательно влияет на качество поверхности материала при прокатке.

    Хром- наиболее дешевый и распространенный элемент. Он повышает твердость и прочность, незначительно уменьшая пластичность, увеличивает коррозионную стойкость; содержание больших количеств хрома делает сталь нержавеющей и обеспечивает устойчивость магнитных сил.

Сера и фосфор являются вредными примесями, их содержание строго нормируется. Сернистые включения сильно ухудшают механические свойства, особенно вязкость и пластичность, ухудшают свариваемость коррозийную стойкость.