матвед мд11. Задание_МД-11б[1]. Задание мд11
 Скачать 452.87 Kb.
|
|
Задание МД-11 Пользуясь марочником сталей и сплавов, выбрать марку стали для изготовления валика приводной цепи эскалатора. Производство валиков серийное. Данные согласно выданному варианту: L=58 мм, D=19 мм, Ϭ0.2=750 МПа, твердость не менее 45-50 HRC. Обосновать сделанный выбор стали, рекомендовать упрочняющую обработку шкива, которая обеспечит его работоспособность в предлагаемых условиях.  Приводная цепь представляет собой связующий элемент, с помощью которого механическая энергия с ведущего вала переходит к цепным передачам. Роликовые цепи отличаются не только простотой конструкции, но и высоким уровнем надежности при максимальном коэффициенте полезного действия и безопасной работе устройства. Они состоят из наружных и внутренних пластин. Валики и втулки образуют шарниры. На втулки свободно надеты закаленные ролики. Зацепление цепи со звездочкой происходит через ролик, который перекатывается по зубу и уменьшает его износ. Кроме того, ролик выравнивает давление зуба на втулку и предохраняет его от изнашивания. Валик цепи вместе с втулкой соединяет звенья цепи, поэтому он принимает на себя сдвигающее и изгибающее воздействие. Кроме того, в процессе эксплуатации передачи валик нередко испытывает ударные нагрузки, что также негативно сказывается на его состоянии. Поэтому цепи должны быть износостойкими и прочными. Краткий анализ условий работы валика приводной цепи показывает, что выбираемая сталь должна иметь высокие требования, что может быть достигнуто термической обработкой. Рассмотрим стали 45, 40Х, 40ХН в зависимости от условий эксплуатации. Сравним их характеристики после ТО:
Выберем сталь 45 потому, что она дешевле и ее характеристики удовлетворяют заданным. Сталь 45 наиболее распространенная в машиностроении, так как механические свойства удовлетворяют предъявляемым требованиям. Так же из стали 45 изготавливают коленчатые и распределительные валы, шестерни и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность. Предварительная термообработка Для получения смягченного состояния стали перед горячей штамповкой, необходимо выполнить нормализацию при нагреве выше Ас3. После нагрева осуществляется плавное понижение температуры на воздухе. При этом процессе осуществляется перекристаллизация стали, удаляющая крупнозернистую структуру. После охлаждения при достаточно низком уровне температуры улучшается дисперсность смеси за счет распада аустенита на ферритно-цементитную смесь. Время выдержки минимальное. Упрочняющая термообработка Для придания стали необходимых технологических характеристик нужно провести следующие виды термической обработки:  Ас1 = 730 С Ас3 = 755 С Аr3 = 690 С Аr1 = 780 С Mn = 350 С 1.Закалка 820-850 ̊, вода, ориентировочно время нагрева в электрических печах принимают 1,5-2 мин на 1 мм сечения изделия. Процесс закалки стали заключается в проведении термообработки заготовок с нагреванием до температуры выше критической с дальнейшим ускорением охлаждения. Данное состояние способствует повышению прочности и твердости (HRC) стали с одновременным снижением пластичности и улучшением потребительских характеристик. Нагрев стали до требуемой температуры и выдерживание при этой температуре необходимо проводить как можно быстрее. Чем меньше сталь будет находиться в условиях высоких температур, тем выше ее свойства после закалки. Однако время нагрева должно быть достаточным, чтобы сталь равномерно прогревалась по всему объему и получила аустенитную структуру. Охлаждение металла должно проходить быстро, для предотвращения преобразования аустенита в сорбит или троостит. 2.Высокий отпуск, 550-650 ̊, 1 час. Процесс изменяет структуру и способствует снижению напряжения металла, а твердость снижается на малую величину. Получают структуру, сочетающую достаточно высокую твердость и повышенную ударную вязкость (оптимальное сочетание свойств) – сорбит отпуска. Используется для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки. При этом надо учитывать, что при температурах отпуска более 500С охлаждение производят в воде. 3.Закалка ТВЧ, 840-860 ̊. При поверхностной закалке на некоторую (заданную) глубину закаливается только поверхностный слой, тогда как сердцевина изделия остается незакаленной. Основное назначение закалки ТВЧ: повышение твердости, износостойкости и предела выносливости обрабатываемого изделия, сердцевина остается вязкой и воспринимает ударные нагрузки. Охлаждение осуществляется водой, подающейся через спрейер-трубку с отверстиями для разбрызгивания 4.Низкий отпуск, 140-160 ̊. После проведения поверхностной закалки детали подвергают низкому отпуску при температуре около 160 ̊ . Это способствует уменьшению хрупкости закаленного слоя. Отпуск проводится в электропечах. Можно также осуществить самоотпуск. С этой целью спрейер, подающий воду, отключается несколько раньше, и благодаря этому охлаждение происходит не полностью. В детали сохраняется теплота. которая обеспечивает нагрев закаленного слоя до температуры низкого отпуска. Структурные превращения 1. При нагреве до температуры 730С структура сплава остается постоянной – перлит+феррит. Как только пройдена точка Ас1 на границах зерен перлита начинает зарождаться аустенит. В нашем случае мы имеем полную закалку, т.к. температура превышает Ас3 , то весь перлит переходит в аустенит, феррит растворяется в аустените. Таким образом, нагрев до 755С мы получили однофазную структуру - аустенит, при этом при повышении температуры после 755С зерно растет. Мартенситное превращение интенсивно протекает при непрерывном охлаждении в интервале температур от Мн до Мк. Малейшая изотермическая выдержка в этом интервале температур приводит к стабилизации аустенита, т.е. превращение не доходит до конца, и кроме мартенсита в структуре наблюдается так называемый остаточный аустенит. Для получения мартенситной структуры аустенит углеродистых сталей необходимо очень быстро и непрерывно охлаждать, применяя для этого холодную (лучше соленую) воду. Быстрое охлаждение необходимо для того, чтобы подавить возможные диффузионные процессы и образование перлитных и бейнитных структур. При охлаждении на поверхности стальной детали не должна образоваться паровая пленка, препятствующая теплообмену с закалочной средой. Лучшей является стадия пузырькового кипения охлаждающей жидкости. Чем больше температурный интервал этой стадии, тем интенсивнее охлаждает закалочная среда. Лучше пользоваться добавкой едкого натра, так как щелочная среда не вызывает последующей коррозии стальных деталей. Мартенсит – неравновесная фаза. При быстром охлаждении успевает произойти перестройка кристаллической решетки гамма-железа в решетку альфа-железа, выделение же углерода в карбид железа не успевает произойти, и он весь остается растворенным в решетке альфа-железа. Так как нормально альфа-железо может растворить в себе не более 0,04% углерода, то такой раствор называют пересыщенным. Он отличается весьма большой твердостью и хрупкостью. Кристаллы мартенсита, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью. Их росту препятствуют границы зерен аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита. Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смешаются на расстояния, не превышающие межатомные. Мартенсит имеет тетрагональную пространственную решетку. Мартенсит имеет очень высокую твердость, равную или превышающую 60 HRC для стали 45. Таким образом, задача закалки — получение структуры мартенсита с максимальным процентным содержанием углерода. 2. Сталь 45 подвергается отпуску при t = 550С — высокий отпуск. Охлаждение производят в воде. В этой среде на поверхности материала появляются остаточные сжимающие напряжения, способствующие увеличению предела выносливости. При отпуске происходит несколько процессов. Основной – распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Кроме того, распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения твердого раствора и остаточные напряжения. Фазовые превращения при отпуске принято разделять на три превращения в зависимости от изменения удельного объема стали. Распад мартенсита и карбидное превращение вызывают уменьшение объема, а распад аустенита – его увеличение. Из мартенсита выделяется часть углерода в виде метастабильного карбида, имеющего гексагональную решетку и химический состав, близкий к Fe2C. Уменьшение количества растворенного углерода снижает тетрагональность мартенсита – длина образца уменьшается. Одновременно происходит несколько процессов: продолжается распад мартенсита, распадается остаточный аустенит и начинается карбидное превращение. Распад мартенсита распространяется на весь объем, концентрационная неоднородность твердого раствора исчезает; в мартенсите остается около 0,2% растворенного углерода. Распад остаточного аустенита происходит по механизму бейнитной реакции: образуется смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и дисперсных карбидов. Завершается распад мартенсита и карбидное превращение. Из мартенсита выделяется весь пересыщенный углерод в виде карбидов, тетрагональность решетки твердого раствора устраняется – мартенсит переходит в феррит. Ферритно-карбидная смесь, образовавшаяся в конце третьего превращения, весьма дисперсная и имеет примерно такую же твердость, как троостит. Структуру стали, образовавшуюся при температурах первого и второго превращений, называют отпущенным мартенситом. В интервале температур третьего превращения цементит имеет форму тонких пластин. С повышением температуры происходит коагуляция: кристаллы цементита укрупняются; при этом форма кристаллов постепенно приближается к сфероидальной. Отпуск обеспечивает стали 45 требования, предъявляемые к сердцевины распределительного вала, т.е. твердость 163-197 HB. 3.После этого провести закалку током высокой частоты (ТВЧ) – закалка поверхности. Преимущество поверхностной закалки деталей, так же как и большинство способов упрочнения поверхности, состоит в том, что в поверхностных слоях детали возникают значительные сжимающие напряжения. Образуется мартенситная структура, описанная в 1 пункте. В результате ТВЧ образуется фазовый наклеп, упрочняющий сплав. При этом не затрагивается сердцевина, характеристики которой получены при отпуске. В результате таких превращений сталь 45 приобретает твердость поверхности не менее HRC 56, а твердость сердцевины HB 163-197. 4. При низкотемпературном отпуске закаленную сталь нагревают до 150—250 °С. После выдержки при этой температуре (обычно 1—3 ч) в детали получают структуру отпущенного (кубического) мартенсита При низком отпуске частично снимаются закалочные напряжения. Если в стали было значительное количество остаточного аустенита, то в результате его превращения в кубический мартенсит твердость после низкого отпуска может увеличиться на 2—3 единицы и HRC. Свойства стали 45. По ГОСТ 1050-88 1.Общие сведения.
2.Химический состав.
3. Механические свойства  4.Технологические свойства
5.Ударная вязкость
6.Прокаливаемость
Список использованной литературы:Материаловедение. Учебник для вузов / Б.Н.Арзамасов, И.И.Сидорин, Г.Ф.Косолапов и др.;Под ред. Б.Н. Арзамасова. 2-е изд., испр. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 384 с. Марочник сталей и сплавов / В.Г.Сорокин, А.В.Волосникова, С.А.Вяткин и др.; Под ред. В.Г.Сорокина, М.: Машиностроение, 1989. Лекции по курсу материаловедения Учебное пособие. Д.В. Власова, И.Ю. Сапронов, О.М. Ховова. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||