Участок термической обработки горячекатанного листа из стали 30ХГСА

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Сентября 2012 в 13:10, дипломная работа

Краткое описание

В данном проекте разработан и рассчитан режим термической обработки пакетов листов из стали 30ХГСА (ГОСТ 4543-71). Дано полное описание этого вида термообработки. Описана характеристика данной марки стали, условия работы деталей при последующей эксплуатации.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………….
1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Анализ условий работы деталей из конструкционных легированных сталей ……………………………………………….………
1.2 Описание стали марки 30ХГСА ……..……………………………
1.3 Выбор и обоснование параметров термической обработки …….
1.4 Анализ возможного вида брака и меры по его устранению ……
2 ВЫБОР, ОПИСАНИЕ И РАСЧЕТ ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
2.1 Выбор основного оборудования ………………………………….
2.2 Описание выбранного оборудования …………………………….
2.3 Расчет потребного количества оборудования по нормированному времени ….. ……………………………………………..
2.4 Расчет времени нагрева металла ………………………………….
2.5 Тепловой расчет печи ……………………………………………..
2.6 Расчет нагревателей ……………………………………………….
2.7 Описание дополнительного и вспомогательного оборудования
3 АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ ………………………………………………………………………...
4 ПЛАНИРОВКА ПРОЕКТИРУЕМОГО УЧАСТКА ……………………
5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ……………………………………………
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ………………………….
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ……………………………………..
ПРИЛОЖЕНИЯ
1 Графическая часть на листах формата А1
2 Спецификация на форматах А4

Вложенные файлы: 1 файл

Диплом 30ХГСА.doc

— 1.61 Мб (Скачать файл)

 

 

АННОТАЦИЯ

 

 

 

 

 

В данном проекте разработан и рассчитан  режим термической обработки  пакетов листов из стали 30ХГСА  (ГОСТ 4543-71). Дано полное описание этого вида термообработки. Описана характеристика данной марки стали, условия работы деталей при последующей эксплуатации.

Предложена и рассчитана колпаковая электропечь сопротивления, автоматическое регулирование температуры печи.

Рассчитано необходимое  количество основного и вспомогательного оборудования, выполнена планировка  производственного участка.

Приведены примеры возможного вида брака и меры по его устранению.

Предусмотрены мероприятия  по охране труда и окружающей среды.

Приведено технико-экономическое  обоснование проекта.

         

150105.2011.023.00.ПЗ

         

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Разраб.

Аллагулов А.Х.

   

Участок термической обработки горячекатанного листа из стали 30ХГСА

Литера

Лист

Листов

Провер.

Корягин Ю.Д.

     

у

 

4

80

Т.контр.

     

ЮУрГУ 

ФМ и ФТТ

Н.контр.

Ибрагимов Х.Г.

   

Утв.

Корягин Ю.Д.

   

 

 

 ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………….

6

1  ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ   ЧАСТЬ

 

1.1  Анализ условий  работы деталей из конструкционных легированных сталей ……………………………………………….………

 

7

1.2  Описание стали  марки 30ХГСА ……..……………………………

8

1.3  Выбор и обоснование  параметров термической обработки …….

16

1.4  Анализ возможного  вида брака и меры по его  устранению ……

19

2  ВЫБОР, ОПИСАНИЕ  И РАСЧЕТ ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО  ОБОРУДОВАНИЯ

 

2.1  Выбор основного  оборудования ………………………………….

20

2.2  Описание выбранного  оборудования …………………………….

20

2.3  Расчет потребного  количества оборудования по нормированному  времени ….. ……………………………………………..

 

28

2.4  Расчет времени  нагрева металла ………………………………….

30

2.5  Тепловой расчет  печи ……………………………………………..

33

2.6  Расчет нагревателей  ……………………………………………….

41

2.7  Описание дополнительного  и вспомогательного оборудования

47

3  АВТОМАТИЗАЦИЯ   ТЕПЛОВОГО  РЕЖИМА  ТЕРМИЧЕСКОЙ   ПЕЧИ ………………………………………………………………………...

 

49

4  ПЛАНИРОВКА ПРОЕКТИРУЕМОГО  УЧАСТКА ……………………

51

5  ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ  ……………………………………………

52

6  БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ  ………………………….

66

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК ……………………………………..

80

ПРИЛОЖЕНИЯ

 

1  Графическая часть  на листах формата А1 

 

2  Спецификация на  форматах А4 

 

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

5

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата


 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Сталь 30ХГСА была разработана  коллективом советских ученых в  ВИАМ (Всероссийский Институт Авиационных  Материалов) в начале Великой Отечественной  Войны. Главную роль в создании 30ХГСА сыграли И. И. Сидорин и  Г.В. Акимов. Значение этого события трудно переоценить – ведь появление 30ХГСА было открытием в области создания сталей. Тем самым СССР обогнал конкурирующие США, как минимум, на несколько лет – у них в самолетостроении использовалась хромомолибденовая сталь, которая уступает стали 30ХГСА по многим характеристикам.

 В дальнейшем созданная нашими  учеными конструкционная сталь  30ХГСА обеспечила преимущество  советской авиации, и в определенной  степени 30ХГСА способствовала  победе в войне с Германией.  В настоящее время 30ХГСА используется в мирных целях и испытывает неизменный интерес гражданских потребителей благодаря своим замечательным характеристикам, о которых мы более подробно расскажем ниже. Кстати, сталь 30ХГСА имеет и другое, более благозвучное название – «хромансиль». Это тоже сокращение, образованное от названий легирующих эту сталь металлов (хром и Manganum – марганец, Silicium – кремний).

 Строго говоря, сейчас хромансиль  – это ряд марок, помимо 30ХГСА  это еще, например, такая разновидность  как 20ХГСА, 35ХГСА и так далее. Однако под названием «хромансиль» сталь 30ХГСА подразумевалась изначально, да и сейчас в специализированных изданиях типа пособий по материаловедению в большинстве случаев 30ХГСА и хромансиль означают одно и то же.

Применение легированных сталей средней и высокой прочности в промышленности позволяет повысить прочность и долговечность конструкции при одновременном снижении ее металлоемкости. Легированная сталь 30ХГСА применяется для изготовления ответственных сварных конструкций, работающих при знакопеременных нагрузках, бесшовных труб предназначенных для изготовления деталей и конструкций в мотовелостроении, осей, зубчатых колес, фланцев, корпусов обшивки и др.

 

                                                                                                                                                                                                             

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

6

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

1  ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ   ЧАСТЬ

 

    1.   Анализ условий работы деталей из конструкционных сталей

 

Стали, из которых изготовляют  детали, узлы машин, механизмы, строительные конструкции, газо- и нефтепроводы, оружие и военную технику, обрабатывающие станки, экскаваторы, морские суда, бытовую технику и многое другое, называются конструкционными.

Эти стали, в свою очередь  подразделяют на несколько больших  групп: улучшаемые конструкционные стали; цементуемые конструкционные стали; пружинно-рессорные стали; стали для подшипников качения; автоматные стали; строительные стали.

Сталь 30ХГСА относится к улучшаемым конструкционным сталям.

Термин «улучшаемые» сформировался от способа термической  обработки – «улучшение». Это  значит, что свойства этих сталей (прочность, ударную вязкость, усталостную прочность) можно варьировать (улучшать) в широких пределах термической обработкой, заключающейся в закалке и последующем высоком или среднем отпуске.

Это, как правило, среднеуглеродистые (0,25-0,6%С), малолегированные ( 3% легирующих элементов в сумме) или среднелегированные (3-10% легирующих элементов) стали.

Улучшаемые стали в  конструкциях должны обеспечивать необходимые  показатели прочности (предел прочности, предел текучести), пластичности (относительное удлинение, поперечное сужение), усталостной прочности , ударной вязкости – КСU; твердости НВ, НRС по всему сечению детали.

Основными принципами при  выборе марки улучшаемой конструкционной  стали являются следующие показатели:

а) Наличие концентраторов напряжений, динамических нагрузок и пониженных температур определяет необходимость легирования элементами, снижающими температуру перехода в хрупкое состояние, например, никелем.

б) Выбор марки стали (степени легированности) определяется размером тер-

 

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

7

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата


 

 

 

 

 

мически обрабатываемых заготовок (прокаливаемостью).

в) Уровень требуемой прочности достигается термической обработкой.

Хладноломкость улучшаемых сталей

С понижением температуры  эксплуатации показатели пластичности и ударной вязкости данных сталей понижаются.

Таким образом, сталь при низких температурах может переходить в хрупкое состояние и склонна к разрушениям, особенно при работе с динамическими нагрузками.

При неправильном выборе стали для эксплуатации при низких температурах имели случаи катастрофических разрушений газопроводов (Аляска), кранов и экскаваторов (Якутия), транспортных машин (Таймыр) и др.

Критерием работоспособности  сталей при низких температурах является порог хладноломкости – температура  перехода стали из вязкого в хрупкое  состояние.

 

1.2  Описание стали марки 30ХГСА

 

Из стали этой марки  изготавливаются ответственные  нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости, такие как валы, оси, зубчатые колеса, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках.

Химический состав стали 30ХГСА приведен в таблице 1

Таблица 1 - Химический состав стали 30ХГСА, масс % (ГОСТ 4543-71)

 

Сталь

 

C

 

Cr

 

Mn

 

Si

Ni

S

P

Не более

 

30ХГСА

 

0,28-0,34

 

0,8-1,1

 

0,8-1,1

 

0,9-1,2

 

до 0,3

 

0,025

 

0,025


         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

8

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

Влияние легирующих элементов.

Хром растворяется в  феррите и цементите, оказывая благоприятное  воздействие на механические свойства стали: повышает прочность и вязкость (не значительно), а при термообработке хладостойкость; повышает температуру закалки и отпуска, значительно увеличивает прокаливаемость; уменьшает склонность к росту зерна при нагреве (из-за образования карбидов легирующих элементов повышенной устойчивости).

Марганец упрочняет  феррит и повышает стабильность карбидов типа Ме3С, из-за чего происходит значительное повышение прочности и небольшое повышение вязкости; существенно увеличивается прокаливаемость, а так же повышается чувствительность к перегреву.

Кремний положительно влияет на структуру, механические и технологические  свойства стали: снижает критическую  скорость охлаждения и увеличивает  прокаливаемость; уменьшает скорость распада мартенсита; сильно упрочняя феррит, повышает прочность, твердость и упругие свойства стали; увеличивает сопротивление коррозии; снижает вязкость. Такое влияние кремния на свойства связано с его воздействием на матричную фазу (α-раствор) и карбиды. Кремний способен создавать в твердом растворе направленные ионные связи, которые должны увеличивать напряжения трения в кристаллической решетке и тем самым повышать сопротивление движению дислокаций, особенно при малых пластических деформациях (упрочняющий эффект).

Недостатки стали 30ХГСА: 1) флокеночувствительна (для предупреждения при горячем деформировании рекомендуется длительная выдержка при 250°С); 2) склонна к отпускной хрупкости (предотвращается более быстрым охлаждением при отпуске, а при высоком отпуске можно обойтись добавлением 0,3% Mo или 1% W); 3) ограниченная свариваемость.

Свойства конструкционной  среднелегированной стали могут  быть улучшены путем дополнительного  легирования.

 

 

 

 

 

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

9

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

Таблица 2 – Температура критических точек, 0С [1]

 

Ac1

Ac3

Ar1

MH

760

830

670

352


Легирующие элементы - кремний и марганец - сильно упрочняют  феррит и способствуют повышению  характеристик прочности стали  после термимической обработки. Влияние дополнительного легирования  хромом, молибденом, ванадием, никелем проявляется прежде всего в уменьшении критической скорости охлаждения и повышении прокаливаемости; никель уменьшает размер зерна. Карбидообразующие элементы – хром, молибден и ванадий - предупреждают обезуглероживание при нагреве под закалку.

Структурные превращения при термической  обработке

Критические точки стали  АС1=760±10°С, АС3=830±10°С. Сталь подвергают полной закалке, при этом ее нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры.

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем vкр (наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит) обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.

Превращения при нагреве.

Рассмотрим превращения, происходящие в стали 30ХГСА при нагреве исходной равновесной структуры Ф + Ц. При температуре АС1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Зерна аустенита зарождаются главным образом на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются два процесса: полиморфный переход Feα в Feγ и растворение цементита в аустените. Общая схема превращения:

П(Ф+Ц) –> Ф+Ц+А –> А+Ц  –> А(неоднородный)–> А(гомогенный)

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

10

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

Образование зерен аустенита  происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита.

При этом, чем выше дисперсность структуры перлита (Ф + Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а, следовательно, возрастает дисперсность продуктов его распада. Увеличение дисперсности продуктов распада аустенита приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентраторам напряжений.

 

Рисунок 1 - Схема структурных превращений в стали при нагреве

При непрерывном охлаждении в стали с vохл> vкр аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в сталях с высокой скоростью (»1000...7000 м/с) в интервале температур Мн … Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры Мн и Мк понижаются. Введение легирующих элементов также изменяет положение точек Мн и Мк. Например, введение кремния их повышает. В результате закалки стали 30ХГСА ее структура может иметь кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита.

Полученный мартенсит  представляет собой пересыщенный твердый  раствор углерода в α -железе и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Атомы углерода занимают в основном октаэдрические поры.

 

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

11

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата


 

 

 

 

Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим  остаточным напряжениям (может приводить  к короблению тонких деталей), повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительно последующего отпуска.

                                  

                                                  

 

 

 

 

 

Рисунок 2 - зависимость механических свойств стали 30ХГСА от температуры отпуска [2]

Структура стали 30ХГСА после  закалки состоит из мартенсита и  незначительного количества остаточного  аустенита.

Рассмотрим последовательность процессов при отпуске с повышением температуры. До 80°С диффузионная подвижность мала и распад мартенсита идет медленно.

Первое превращение  при отпуске происходит при температурах 80 – 250°С и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита — смеси пересыщенного углеродом α-раствора и когерентных с ним частиц ε-карбида (гексагональная решетка, состав близок к Fe2C). В результате этого существенно уменьшаются степень тетрагональности мартенсита (часть углерода выделяется в виде метастабильного ε -карбида), уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

Второе превращение  при отпуске развивается в  интервале температур 250 —300°С и  состоит из следующих этапов:

  1. превращение остаточного аустенита в смесь отпущенного мартенсита и дисперсных карбидов;

2) распад отпущенного мартенсита: степень его пресыщенности уменьшается до 0,15...0,2%, начинается преобразование ε-карбида в Fe3C цементит и его обо-

 

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

12

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата


 

 

 

собление, разрыв когерентности;

3) снижение остаточных  напряжений.

Третье превращение  при отпуске происходит в интервале 350...500°С. При этом заканчивается  распад отпущенного мартенсита и  процесс карбидообразования, что  приводит к уменьшению размеров детали. Формируется ферритокарбидная смесь, уменьшается плотность дислокаций, существенно снижаются остаточные напряжения; повышение температуры отпуска выше 400°С активизирует процесс изменения формы и размеров карбидов (коагуляция: мелкие кристаллы распадаются, а крупные – увеличиваются; сфероидизация), что приводит к уменьшению дисперсности ферритоцементитной смеси (снимается фазовый наклеп).

Структуру стали после низкого отпуска (до 250°С) называют отпущенным мартенситом, структуру стали после среднего отпуска (350...500°С) - трооститом отпуска; после высокого отпуска (500...600°С) - сорбитом отпуска. После отпуска при температуре, близкой к 760°С, образуется грубая ферритно-карбидная смесь – зернистый перлит.

В стали 30ХГСА после полной закалки в масле и среднего отпуска при 470°С образуется структура троостита отпуска.

Таблица 3 – Механические свойства при повышенных температурах [1]

Температура испытаний,°С

s0,2

sВ

d5

y

kCU, дж/см2

МПа

%

Пруток. Закалка 880°С, масло. Отпуск 560°С

300

820

980

11

50

127

400

780

900

16

69

98

500

640

690

21

84

78

550

490

540

27

84

64

Образец диаметром 5 мм, длиной 25 мм, прокатанный. Скорость деформирования 2 мм/мин. Скорость деформации 0, 0013 1/с

700

175

59

51

800

85

62

75

900

53

84

90

1000

37

71

90

1100

21

59

90

1200

10

85

90


         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

13

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата


 

 

 

 

 

Таблица 4 – Прокаливаемость [1]

Расстояние от торца, мм

1,5

3,0

4,5

6,0

9,0

12

15

18

21

24

50,5-55

49—54

47,5—53

46-52,5

41,5—52

38—51

36—48,5

35,5—46,5

33—44,5

30—43

Количество мартенсита, %

Критическая твердость, HRC

Критический диаметр, мм

в воде

в масле

50

90

38—43

43—48

60—91

40—68

34—60

18—40


Таблица 5 – Предел выносливости [1]

s-1, МПa

t-1 , МПа

п

Состояние стали и термообработка

490

1666

107

sв = 1670 МПа

 

372

882

107

sв = 880 МПа

 

470

106

sв = 1080 МПа

 

696

Закалка 870°С.

Отпуск 200°С

637

Закалка 870°С.

Отпуск 400°С


Технологические свойства

Температура ковки, °С: начала 1240, конца 800. Сечения до 50 мм охлаждаются на воздухе, 51—100 мм — в ящиках.

Свариваемость — ограниченно свариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, АРДС, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений.

Обрабатываемость резанием — в горячекатаном состоянии при НВ 207—217 и σв=710 МПа, Кv б. ст. = 0,75; Кv тв. спл,=0,85.

Сталь 30ХГСА хорошо подвергается горячей пластической деформации, которую проводят в интервале 1100 - 850˚С. Сталь склонна к образованию трещин при быстрых скоростях нагрева и охлаждения. В связи с этим при нагреве под горячую деформацию применяют медленный подогрев до 830˚С, а после деформации – замедленное охлаждение в стопе или в песке.

Холодная пластическая деформация стали ограничена. В качестве смягчающей термической обработки сталей после горячей или холодной пластической деформации применяют отжиг при 720 - 740˚С с охлаждением с печью до 500˚С, далее на воздухе. Окончательной термической обработкой является закалка с 880˚С с охлаждением в масле и отпуск на заданную твёрдость.

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

14

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

печью до 500˚С, далее на воздухе. Окончательной термической  обработкой является закалка с 880˚С с охлаждением в масле и отпуск на заданную твёрдость.

 

Таблица 6 – Выпускаемый сортамент [2]

 

Полуфабрикат

ГОСТ или ТУ

Размеры, мм

Лист толстый

 

Лист тонкий

 

 

ТУ 14-1-1422—75

 

ГОСТ 5582—84

ТУ 14-1-2186—77 (III)

ТУ 14-1-3620—83

h≤6

 

h=0,8—3,9

h=3,0—3,5;

b=500; 550; I=2000


         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

15

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

1.3 Выбор и обоснование  параметров термической обработки

 

Горячекатанный лист стали марки 30ХГСА ГОСТ 4543-71 подвергают рекристаллизационному отжигу.

Под рекристаллизационным отжигом понимают нагрев металла  для устранения наклёпа, созданного горячей пластической деформацией. Нагрев осуществляют выше температурного порога рекристаллизации с последующей выдержкой, которая в зависимости от цели отжига может обеспечить не только завершение первичной рекристаллизации, но и определённое развитие собирательной рекристаллизации.

Горячая пластическая деформация вызывает изменение структуры металла и его свойств. Сдвиговая деформация вызывает увеличение плотности дефектов кристаллической решётки, таких как вакансии, дислокации. Образование ячеистой структуры происходит с изменением формы зерен, они сплющиваются, вытягиваются в направлении главной деформации. Все эти процессы ведут к тому, что прочность металла постепенно увеличивается, пластичность падает, т.е. возникает наклёп или нагартовка. Дальнейшая деформация, а также обработка резанием такого металла невозможна, т.к. происходит его разрушение.

Для снятия эффекта упрочнения применяют рекристаллизационный отжиг, т.е. нагрев металла до температур выше начала кристаллизации, выдержку со следующим медленным охлаждением. Температура нагрева зависит от состава сплава. В процессе рекристаллизационного отжига происходит образование зародышей новых зёрен и последующий рост этих зародышей. Постепенно старые деформированные зёрна исчезают. Количество дефектов в кристаллической решётке уменьшается, наклёп устраняется, и металл возвращается в исходное состояние.

Рекристаллизационный  отжиг листа должен обеспечить формирование определённого размера зерна (6 - 8 баллов).

Степень деформации определяет размер зерна после отжига. Если она близка к критической (екр=5 - 15%), то в результате после отжига в металле возникают

 

 

 

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

16

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

крупные зёрна, что обычно нежелательно. Поэтому перед рекристаллизационным отжигом деформацию металлов производят со степенью 30 - 60%. В результате получается мелкозернистая однофазная структура, обеспечивающая хорошее сочетание прочности и пластичности. Увеличение степени деформации до 80 - 90% вызывает появление в металле текстуры деформации. После рекристаллизационного отжига текстура деформации меняется на текстуру рекристаллизации. Как правило, это сопровождается резким направленным ростом зерна. Увеличение размеров зерна, т.е снижение механических свойств, может вызвать также слишком большая температура отжига или большая выдержка. Поэтому при назначении режимов отжига необходимо использовать диаграмму рекристаллизации (рисунок 3).

Сталь со слишком мелким зерном характеризуется повышенным пределом текучести, что затрудняет проведение штамповки. При наличии крупного зерна на поверхности листа при штамповке возникает шероховатость, получившая название апельсиновой корки. Это связано с тем, что соседние крупные зёрна, выходящие на свободную поверхность листа, из-за различия в ориентации деформируются по-разному.

Рисунок 3 – Диаграмма  рекристаллизации стали 30ХГСА [5]

Режим рекристаллизационного  отжига зависит от того, обрабатывается холоднокатаный лист в пакетах в  печах периодического действия или  в развёрнутом виде в печах непрерывного действия.

Отжиг пакетов листов проводится в колпаковых электропечах при t=720-

 

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

17

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

7400С по режиму приведенному на рисунке 4. Нагрев выше точки Ас (820˚С) в межкритический интервал не применяется, т.к. в листе возникает разнозернистость, вызванная частичной перерекристаллизацией. Разнозернистость ухудшает способность стали к глубокой вытяжке при штамповке.

 

                                   

 

Рисунок 4 – Режим термической обработки стали 30ХГСА [4]

 

 

 

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

18

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

1.4 Анализ возможного вида брака и меры по его предотвращению

 

При проведении технологической обработки возможно появление следующих видов брака:

- недогрев – получается в случае, если температура нагрева ниже требуемой  или выдержка недостаточна. При недогреве снижаются пластические свойства. Исправить недогретую сталь можно повторной технологической обработкой при нормальной температуре.

- перегрев – получается при значительном превышении температуры нагрева или изменённые длительной выдержке. Перегрев приводит к росту зерна, а при сильном перегреве образуется так называемая видманштетовая структура, характеризующая пластинчатой формой ферритных участков, расположенных под углом друг к другу с образованием треугольников и низкими свойствами особенно ударной вязкостью.

Исправить перегрев можно  проведением отжига. При значительном перегреве рекомендуется двукратный отжиг, при котором первый отжиг производится при температуре на 50….150°C выше требуемой.

- неудовлетворительная твёрдость – несоответствие нормам твёрдости является одним из видов брака при технологической обработке. Если твёрдость металла выше требуемых норм, то необходимо применить повторный отжиг, причём особенное внимание следует обратить на равномерный прогрев металла. Иногда повышенная твёрдость вызывается перегревом. Если металл после отжига имеет более низкую твёрдость, чем это предусмотрено техническими условиями то для исправления применяют нормализацию с кратковременным отжигом.

- пережог – неисправимый брак, вызванный чрезмерно высокой температурой или большой выдержкой в окислительной атмосфере. Такой пережог вызван проникновением О2 по границам зёрен насквозь через всё сечение изделия и образованием окислов на межзёренных границах: показатели пластичности при этом могут упасть до нуля.

 

 

 

 

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

19

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

2   ВЫБОР,  ОПИСАНИЕ  И  РАСЧЕТ  ОСНОВНОГО  И  ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО  ОБОРУДОВАНИЯ

 

2.1  Выбор основного  оборудования

 

На основании принятого  режима термической обработки для  заданной детали наиболее совершенным  в техническом отношении и  экономичным является для выполнения операции – электропечь серии СГО применяют для отпуска, отжига, нормализации и закалки.

В данном оборудовании используются электрические нагреватели.

Электронагрев позволяет  в широких пределах регулировать выделение тепла во времени и  пространстве. Процесс легко управляется.

Электропечные установки  компактны, условия работы с ними лучше по сравнению с пламенными печами.

Таким образом, электропечь  является наиболее удобным, экономичным  и производительным оборудованием  для проведения термической обработки пакетов листов из стали 30ХГСА.

 

2.2  Описание выбранного  оборудования

 

Электропечь колпаковая предназначена для термообработки пакетов листов из стали 30ХГСА.

Температура термообработки металла 740˚С.

Температура садки 20˚С. Температура окружающего воздуха 20˚С.

Печь состоит из следующих  основных сборочных единиц: а) корпус,             б) колпак, в) муфель, г) пульт управления.

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

20

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

- Корпус и колпак  печи заполняются внутри футеровочным и теплоизоляционным материалом. На месте эксплуатации после стационарной установки корпуса проводиться футеровка, электропроводка и укладка нагревателей. Колпак устанавливается в специально отведённом месте, где и проводиться футеровка, электропроводка и укладка нагревателей. Электропроводка печи предусматривает защитное заземление, штепсельный разъём нагревателей, отключение нагревателей при подъёме колпака.

- В пульте управления  установлена пусковая электроаппаратура  и приборы измерения и регулирования температуры печи.

- Для укладки нагревательных  элементов ленты  из стали с высоким электросопротивлением и постоянным коэффициентом теплового расширения Х20Н80-Н ГОСТ 12766.2-90 в поде корпуса выложены три ручья, а на боковых стенках корпуса и колпака – углубления. Концы спиралей через отверстия в специальных кирпичах и отверстия в корпусе и колпаке выводятся под кожух щитка и присоединяются к силовой электропроводке. Измерение температуры среды внутри печи осуществляется термопарой, расположенной в верхней части печи. Рабочая температура поддерживается 850 ˚С. Регулирование температуры в автоматическом режиме осуществляется отключением нагревателей при срабатывании термореле.

Теплообмен внутри печи - естественная конвекция и излучение.

- Садка печи производиться краном:

а) укладывается нижняя пачка, которая сложена на специальном поддоне;

б) затем укладывается средняя пачка на подложки и также верхняя пачка;

в) устанавливается муфель;

г) устанавливается съёмный колпак по направляющим;

д) с пульта управления производят включение, время нагрева и установка требуемой температуры. Температурный режим поддерживать согласно технологической инструкции утверждённой в установленном порядке. В целях безопасности работы и исключения аварийных случаев на печи предусмотрено защитное заземление и отключение нагревателей при подъёме колпака.

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

21

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

 

 

2.2.1 Устройство отдельных узлов

 

- Корпус печи представляет  собой коробчатую сварную конструкцию из листа с рёбрами жёсткости с футеровкой и наличием теплоизоляции. Основание – рама из швеллеров. В поде корпуса для укладки нагревательных элементов выложены три ручья. А на боковых стенках в углублениях в отверстия в кирпичах вставляются штыри для подвеса нагревательных элементов. На корпусе по периметру выполнен водяной затвор.

Снаружи корпуса напротив одного из отверстия крепления заземления наноситься знак заземления. На раме устанавливается  стойка, которая служит направляющей для колпака.

- Колпак представляет собой коробчатую сварную конструкцию с футеровкой и наличием теплоизоляции. Крышка колпака выполнена из огнеупорного кирпича, уложенного сводом при помощи кружал. На корпусе колпака установлены бобышки для завода его по направляющим корпуса печи. А также четыре ушка для транспортировки колпака. На бобовых стенках выложены углубления для подвеса нагревательных элементов на специальные штыри, вставленные в отверстия в кирпичах.

- Муфель представляет  собой коробчатую сварную конструкцию из стали марки 20Х23Н18 с приваренными ушками для транспортировки муфеля. По фланцевому краю приварены перья для водяного затвора.

- Пульт управления  представляет собой унифицированный  металлический шкаф, на лицевой  панели которой расположена аппаратура  ручного управления и прибор показания температуры в печи. Внутри шкафа располагается остальная аппаратура электрочасти. Пульт устанавливается отдельно от печи в удобном месте, на пульте также наносятся знак электрической опасности, знак заземления.

- Контрольно-измерительные приборы.

На пульте управления установлен показывающий и регистрирующий прибор (электронный потенциометр) типа ПП-63 со шкалой на 1100˚С, работающий от термопреобразователя (термопары).

         

150105.2011.023.00.ПЗ

Лист

         

22

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Информация о работе Участок термической обработки горячекатанного листа из стали 30ХГСА