Термическая обработка пальца звена гусеницы

 

         Уральская  Государственная Сельско-Хозяйственная Академия

 

                          

 

                            КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

                   ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ

                                                     на тему:

 

   Термическая обработка пальца звена гусеницы

 

 

 

Выполнил студент:

Шклянко

Александр Олегович

Специальность:

Агроинженер

                                                                                                                                       1 курс

 

 

                                                           УГСХА

                                                           2013

                         ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Проанализировать условия работы деталей в процессе эксплуатации, выяснить возможные виды разрушений и другие причины выхода их из строя, дать характеристику необходимых механических свойств стали.

2. Расшифровать марку заданной стали, описать ее механические свойства в состоянии поставки, определить место стали в классификации по назначению, химическому составу, качеству, структуре.

3. Описать микроструктуру стали в состоянии поставки, дать ее схему. Оценить характер влияния углерода и легирующих элементов на механические свойства, прокаливаемость, количество остаточного аустенита.

4. Выбрать и обосновать последовательность операций предварительной и окончательной термической обработки детали.

5. Назначить и обосновать режимы операций предварительной и окончательной термообработки детали.

6. Описать микроструктуру и механические свойства материала детали после окончательной термообработки.

7. Описать дефекты, возникающие при термической обработке, и способы их предупреждения.

8 .Оформить технологическую карту термической обработки детали.

 

 

 

 

 

 

 

 

ПУНКТ 1.

Палец имеет головку со стопорным скосом, который, соприкасаясь с плоскостью крыла трака, обеспечивает стопорение пальца от проворачивания в малых проушинах.

 

Пальцы устанавливают  так, чтобы их головки находились с наружной стороны гусениц. В  осевом направлении палец стопорится шайбой со шплинтом. Беговая дорожка  для катков на гусенице образована средней частью траков и сбоку  ограничена их продольными гребнями.

 

 

 

ПУНКТ 2.

Сталь 50Г поставляется в  виде: диски трения, валы, шестерни, шлицевые валы, шатуны, распределительные  валики, втулки подшипников, кривошипы, шпиндели, ободы маховиков, коленвалы дизелей и газовых двигателей и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и износостойкости.

Химический состав

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0,48-0,56	0,17-0,37	0,7-1	до 0,3	до 0,035	до 0,035	до 0,3	до 0,3

 

Температура критических  точек

Ac1 = 723

Ac3(Acm) = 760

Ar3(Arcm) = 740

Ar1 = 680

Mn = 320

 

Сталь 50Г конструкционная  легированная сталь с содержанием  углерода 0,50% и с повышенным содержанием  марганца 0,8-1,5%.

 

 

 

ПУНКТ 3.

Содержание углерода в  стали оказывает заметное влияние  на структуру и свойства стали. Увеличение содержания углерода приводит к повышению  прочности и понижению пластичности, повышает порог хладноломкости и  уменьшает ударную вязкость.

Углерод также оказывает  влияние на технологические свойства: с повышением содержания углерода ухудшаются свариваемость и способность  к деформации в горячем и холодном состояниях.

Постоянными примесями в  сталях считаются марганец, кремний, фосфор, сера. Присутствие этих примесей объясняется трудностью удаления некоторых  из них при выплавке (P, S), переходом в сталь в процессе раскисления ( Mn, Si ).

Марганец и кремний  являются полезными примесями в  стали, они вводятся в сталь для  раскисления. Положительное влияние марганца проявляется также в том, что он устраняет вредное влияние серы, резко уменьшая красноломкость стали, т.е. хрупкость при высоких температурах. Марганец и кремний растворяются в феррите и повышают его твердость и прочность, однако пластичность при этом снижается.

Сера и фосфор являются вредными примесями. Сера снижает пластичность и вязкость стали, а также служит причиной красноломкости при прокатке и ковке. Фосфор растворяется в феррите, повышает его прочность и твердость, но сильно снижает пластичность, поэтому сталь становится хрупкой при обычных температурах (явление хладноломкости).

 

 

ПУНКТ 4.

Исходя из требований, предъявляемых  к детали, считаем, что необходимо выполнить следующие операции термической  обработки:

• Объемная закалка - для повышения твердости и прочности детали.
• Высокий отпуск - для получения достаточной прочности, высоких значений ударной вязкости и предела выносливости пальца по всему сечению.

Для повышения прочностных  и других характеристик детали вместо улучшения (закалки и высокого отпуска) можно было провести более простую  операцию нормализации, однако выбираем первый вариант, позволяющий получить более высокие значения временного сопротивления, предела текучести  и особенно ударной вязкости.

Например, после нормализации предел прочности s_В = 700 - 730 МПа, ударная вязкость KCU = 0,76 - 0,80 МДж/м² , а после улучшения - соответственно s_В = 800 - 850 МПа,  KCU = 1,1 - 1,3 МДж/м².

• Поверхностная закалка - для повышения твердости, износостойкости и предела выносливости поверхностного слоя детали.
• Низкий отпуск - снижения закалочных напряжений, некоторого повышения прочности и улучшения вязкости без заметного снижения твердости и износостойкости.

Выбираем следующую последовательность операций обработки пальца при его изготовлении из прутка (маршрутный технологический процесс): механическая обработка - улучшение (закалка + высокий отпуск) - механическая обработка - поверхностная закалка с нагревом ТВЧ + низкий отпуск - окончательная механическая обработка.

 

ПУНКТ 5.

ЗАКАЛКА

Температуру нагрева под  закалку выбираем на 30 - 50 ⁰С выше критической температуры A_С3  . По справочнику эта температура составляет 820 - 850  ⁰С.

 

             

Сталь с исходной перлито-ферритной структурой при нагреве до этих температур приобретает аустенитную структуру:  Ф + П ®  А

 

                        а)                                                       б)

а) схема закалки; б) диаграмма  изотермического превращения аустенита

 

После  выдержки, обеспечивающей завершение фазовых превращений  по сечению, заготовку пальца необходимо охладить так, чтобы получить структуру мартенсита в пределах заданного сечения детали (иметь определенную прокаливаемость). Для этого выбираем такую охлаждающую среду, которая обеспечивает охлаждение со скоростью выше критической, т.е. Vз > Vкр . Для стали 50Г такой охлаждающей средой является вода. В результате закалки сталь будет иметь мартенситную структуру, характеризующуюся высокой твердостью, прочностью, но низкой пластичностью :  А ®   М.

 

ВЫСОКИЙ ОТПУСК

Отпуск проводим при температуре 550-650⁰С с последующим охлаждением на воздухе. При отпуске снижается твердость, снимаются внутренние напряжения, возникающие при закалке, а пластичность и ударная вязкость значительно возрастают.

Так, s_В = 800 - 850 МПа, s_0,2  = 450 - 550 МПа, d = 13 - 15 %,  y = 35 - 40%,  KCU = 1,1 - 1,3 МДж/м² , HB 250 - 265.

Таким образом, достигается  оптимальное сочетание прочности, пластичности, вязкости. Структура  стали представляет собой сорбит отпуска 

В результате улучшения получили определенный комплекс механических свойств  по всему сечению пальца: высокую  прочность, пластичность, ударную вязкость. С целью получения высокой  твердости поверхностного слоя пальца в сочетании с вязкой сердцевиной  проводим поверхностную закалку.

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА

При поверхностной закалке  проводим нагрев поверхностного слоя пальца с помощью ТВЧ выше критической  температуры A_С3 (по справочнику 830 - 850 ⁰С) с последующим быстрым охлаждением водой.  

Микроструктура поверхностного слоя, нагретого выше A_С3  , состоит из мартенсита. Микроструктура слоя, нагретого выше A_С1,  но ниже A_С3 ,  - состоит из мартенсита и феррита. Глубинные же слои, нагретые ниже A_С1 , не закалятся, поэтому будут иметь исходную микроструктуру, т.е. сорбит отпуска .       

Таким образом, поверхностный слой пальца закаливается на заданную глубину 1,2 - 1,4 мм, обеспечивая повышение твердости, износостойкости и предела выносливости. Сердцевина остается вязкой и воспринимает ударные нагрузки.

НИЗКИЙ ОТПУСК

Низкий отпуск проводим при  температуре 140 - 160 ⁰С с последующим охлаждением на воздухе. В результате отпуска внутренние напряжения снижаются, и несколько уменьшается хрупкость мартенсита при сохранении высокой твердости и износостойкости поверхностного слоя пальца. В закаленном слое мартенсит закалки переходит в мартенсит отпуска: М   ®   М_отп .

Твердость поверхностного слоя пальца - HRCэ 54 - 56. В сердцевине же пальца микроструктура не меняется и остается прежней - сорбит отпуска (С), поэтому ее твердость HB 250 - 265. Возможно появление также переходной зоны, состоящей из мартенсита отпуска и феррита (М_отп + Ф)

ПУНКТ 8.