Печи. Реферат по курсу Нагревательные устройства в термическом производстве на тему " Оборудование и термическая обработка конструкционных углеродистых сталей"
 Скачать 56 Kb.
|
|
Московский государственный технический универсиситет Имени Н.Э.Баумана Реферат по курсу Нагревательные устройства в термическом производстве на тему “Оборудование и термическая обработка конструкционных углеродистых сталей” Выполнила: Шарова В.И Группа: МТ8-61 Проверил: Гришин В.И. Москва, 2018 г. 1. Классификация, свойства и химический состав Нелегированные (углеродистые) стали содержат только технологические и случайные примеси. Они составляют 2/3 производства стали, выплавляемой в стране. Конструкционными называют стали, предназначенные для изготовления деталей машин. Как правило, они подвергаются термической обработке. Поэтому конструкционные стали подразделяют на цементуемые (подвергаемые цементации) и улучшаемые (подвергаемые закалке и отпуску). Конструкционные углеродистые стали подразделяеются на качественные стали и стали обыкновенного качества. 1.1 Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества, изготовляемые в мартеновских печах, в конвертерах с продувкой кислородом сверху и в бессемеровских конвертерах, поставляются по ГОСТ 380—60. В зависимости от назначения и гарантируемых показателей стали подразделяются на три группы: группа А — поставляемая по механическим свойствам; группа Б — поставляемая по химическому составу; группа В — поставляемая по механическим свойствам с отдельными требованиями по химическому составу. Для стали группы А установлены следующие марки: Ст. 0, Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6, Ст. 7. Если сталь относится к кипящей, то в обозначении марки ставится индекс кп, если к полуспокойной— пс (например, Ст. Зкп, Ст. 4пс и т. д.), отсутствие индекса означает, что сталь спокойная. Кипящей называется сталь, неполностью раскисленная в печи и содержащая некоторое количество закиси железа, что обусловливает продолжение кипения стали в изложнице. Выплавка кипящей стали обходится дешевле, но такая сталь содержит растворенные газы, например, азот, при ее сварке иногда возникают трещины. Если сталь в печи полностью раскислена, то она не содержит закиси железа и, будучи разлита в изложницы, не кипит. Такая сталь называется спокойной. Она не содержит газов, но ее выплавка обходится дороже. Для ответственных сварных конструкций предпочтительнее применять спокойную сталь. Полуспокойная сталь раскислена в большей степени, чем кипящая, но менее, чем спокойная. Эта сталь затвердевает в изложницах без кипения, но с выделением газов; она содержит меньше (по сравнению с кипящей) газовых пузырей, которые полностью завариваются в процессе последующей прокатки. Полуспокойная сталь преимущественно применяется как конструкционная. Сталь группы Б изготовляют мартеновским, бессемеровским и конвертерным способами. Сталь группы Б мартеновская в обозначении марки имеет букву М, бессемеровская — букву Б, конвертерная— букву К (например, МСт. 2кп, БСт. 3, КСт. Зпс). Бессемеровскую сталь группы Б изготовляют только марок БСт. О, БСт. 3, БСт. 4, БСт. 5, БСт. 6. Сталь группы В изготовляют мартеновским и конвертерным способами. Мартеновскую сталь группы В изготовляют марок: ВМСт. 2, ВМСт. 3, ВМСт. 4, ВМСт. 5. Конвертерную сталь В изготовляют тех же марок, но в обозначении ее ставится буква К (например, ВКСт. 2, ВКСт. 3 и т. д.). Стали всех групп с порядковыми номерами 1, 2, 3 и 4 изготовляют кп, пс и сп стали с номерами 5, 6 и 7 — только пс и сп. Ст. О — немаркированная строительная, в которой содержание углерода и других элементов может колебаться в широких пределах. Эта сталь может содержать повышенные количества серы и фосфора. Сталь Ст. О применяют только в конструкциях неответственного назначения. 1.2 Углеродистые качественные конструкционные стали Углеродистые качественные конструкционные стали обладают более высокими механическими свойствами, чем стали обыкновенного качества, за счет меньшего содержания в них фосфора, серы и других примесей (05кп, 08, 08кп, 08пс, 45, 35, 40 и др.). Качественные углеродистые стали по ГОСТ 1050—60 маркируются цифрами, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, марки 05; 08; 15; 20 и т. д. означают, что сталь содержит в среднем углерода соответственно 0,05; 0,08; 0,15; 0,20%. Сталь по ГОСТ 1050—60 изготовляют двух групп: группа I—с нормальным содержанием марганца (0,25— 0,80%); группа II — с повышенным содержанием марганца (0,70— 1,20%). В марке стали группы II ставится буква Г, указывающая, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Из углеродистых качественных конструкционных сталей производят прокат, поковки, калиброванную сталь, сталь—серебрянку, сортовую сталь, штамповки и слитки. Эти стали являются основным материалом для изготовления таких деталей машин, как валы, шпиндели, винты, гайки, т. е. деталей различной степени нагружения.
Для обеспечения необходимых параметров вязкости, упругости и твердости проводят обработку сталей. Термическая и химико-термическая обработка приводит к увеличению их износостойкости и надежности. 2.1 Цементуемые стали Цементуемые стали используются для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок. Цементации подвергаются низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%, что позволяет получить вязкую сердцевину. Стали 15, 10, 20 применяют для малоответственных деталей с неупрочняемой сердцевиной и деталей небольших размеров. Для деталей, работающих с большими нагрузками, применяются стали с повышенным содержанием углерода (до 0,35 % - 35). Цементация стали осуществляется путем поверхностного насыщения изделия углеродом до эвтектоидной или заэвтектоидной концентрации (перлит+цементит или перлит+феррит). Конечные свойства изделий достигаются в результате последующей термической обработки. При цементации наиболее существенно изменяются поверхностная твердость, износостойкость и усталостная прочность изделий. Глубина цементованной зоны может быть различна для разных деталей и составляет 0,3 - 2,5 мм в зависимости от размеров и назначения изделия. Цементацию проводят при температурах выше точки А3 в аусте- нитной области, т.к. ГЦК-решётка аустенита имеет большие поры. Температурный интервал цементации составляет 920-980 °С. Цементацию проводят в твердой, жидкой и газовой средах, наибольшее развитие получила газовая цементация. Цементация является трудоемким и длительным процессом, поэтому в последнее время применяют разные способы интенсификации этого процесса: ионную цементацию, цементацию в активизированных газовых средах, в электропроводном кипящем слое, в виброкипящем слое и др.. Термическая обработка изделий после цементации заключается в закалке и низкотемпературном отпуске, причем закалка может осуществляться непосредственно от температуры цементации (одинарная термическая обработка,) или после охлаждения от температуры цементации (в этом случае часто применяют охлаждение на воздухе - нормализацию) и повторного нагрева до температуры несколько выше точки А3 с последующей закалкой и отпуском (двойная термическая обработка). При этом получается структура мартенсита отпуска с карбидами. Закалку от температуры цементации часто применяют после подстуживания до 840 - 860 °C с целью уменьшения коробления изделий. 2.1.1 Оборудование для цементации. Цементация в твёрдой среде В составе твёрдого карбюризатора на долю древесного угля приходится 70-90%, а остальное занимает углекислый кальций и углекислый барий. Для проведения твердой цементации применяют ящики с карюбюризатором. При использовании ящика, соответствующего форме обрабатываемых изделий, можно улучшить качество цементированного слоя и сократить до минимума время, которое требуется для прогрева садки. Важно позаботиться об отсутствии утечки газов: эту проблему решают путем замазывания ящиков глиной, а затем накрывают сверху герметичными крышками. Цементация в газовой среде Особенностью этого метода является использование среды углеродсодержащих газов. В качестве основного рабочего оборудования выступают герметичные нагревательные печи. Для выполнения газовой цементации используются конвейерные печи непрерывного действия или же стационарные агрегаты. В серийном производстве газовую цементацию обычно проводят в шахтных печах. Детали кладут в муфель печи, а после закрытия доводят температуру внутри до отметки 950 градусов. Необходимая для газовой цементации атмосфера создается при подаче в камеру печи жидкостей, богатых углеродом (керосин, синтин, спирты и т. д.). Углеводородные соединения при высокой температуре разлагаются с образованием цементующего газа. В крупносерийном и массовом производствах газовую цементацию проводят в безмуфельных печах непрерывного действия. В этих установках весь цикл химикотермической обработки (цементация, закалка и низкий отпуск) полностью механизирован и автоматизирован. В печах непрерывного действия для цементации применяют эндотермическую атмосферу, в которую добавляют 3-5% природного газа. Эта процедура отличается сокращением времени обработки, что достигается уменьшением срока выдержки деталей и отсутствием необходимости в длительном приготовлении карбюризатора на основе угля. 2.2 Улучшаемые стали Улучшаемыми сталями называют среднеуглеродистые конструкционные стали (0,3—0,5 % С), подвергаемые закалке и последующему высокотемпературному отпуску. После закалки оʜᴎ содержат в своей структуре не менее 95 % мартенсита, а после отпуска приобретают структуру сорбита отпуска, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Углеродистые улучшаемые стали (стали 35, 40, 45 и 50) обладают небольшой прокаливаемостью (до 10 мм), поэтому механические свойства с увеличением сечения изделия понижаются. Для мелких деталей после термической обработки получают σв = 600…700 МПа и KCU = 0,4…0,5 МДж/м2. Если от деталей требуется более высокая поверхностная твердость (шпиндели, валы, оси и т. д.), то после закалки их подвергают отпуску на твердость HRC 40—50. Для получения высокой поверхностной твердости используют закалку ТВЧ (шестерни, коленчатые валы, поршневые пальцы и т. д.). Примеры оборудования для цементации, закалки и отпуска Для цементации, закалки и низкого отпуска небольших партий шестерен, валов, колец и т.п. в среде защитного газа применяют камерные универсальные печи, объединенные в единую конструкцию. Камерная универсальная электропечь СНЦ 5.10. 3,2/10 Расшифровка: печь сопротивления, камерная, с атмосферой для цементации, габариты рабочего пространства: ширина 500 мм, длина 1000 мм, высота 320 мм, номинальная температура: 1000°C. Электропечь состоит из камеры нагрева, тамбура с закалочным масляным баков в едином каркасе, щитов управления и механизма загрузки и разгрузки. В тамбуре печи и в камере нагрева установлены вентиляторы для обеспечения циркуляции атмосферы печи. Нагревательную и закалочную камеру можно заполнять защитной атмосферой, предохраняющей закаливаемые детали от окисления и обезуглероживания. С помощью цепного механизма корзину с деталями по направляющим роликам перемещают в нагревательную камеру . После нагревания и выдержки тем же цепным механизмом корзину перемещают в закалочную камеру и вместе со столиком погружают в закалочную жидкость (масло). После охлаждения столик поднимается пневмомеханизмом, и корзину выгружается из печи. Детали нагреваются в результате излучения электронагревателей и конвективного теплообмена. Вентиляторы, установленные в нагревательной камере и в закалочном баке, предназначены для интенсификации теплообмена и равномерного нагрева и охлаждения деталей. В данной механизированой электропечи проводят весь цикл термической обработки деталей, например, закалку и отпуск, а также цементацию. Для высокотемпературного отпуска может быть использовано следующее оборудование: Шахтная печь ПШО 5.10/7 Расшифровка: пламенная печь (жидкое топливо), шахтная, окислительная с воздушной атмосферой, габариты: диаметр 500 мм, глубина 1000 мм, номинальная температура 700°С. Информация от производителя: “Данные электропечи оборудованы вентиляторами, которые создают интенсивную циркуляцию воздуха в рабочем объёме, что повышает скорость конвективного нагрева садки. Направление движения воздуха задается экранами из жаропрочной стали, формирующими рабочую камеру. Подъем-опускание крышки в печах с механизированным приводом производится с помощью привода гидравлического типа. Система управления температурным режимом в печи реализована на базе терморегулятора «Термодат», современного микропроцессорного прибора, имеющего возможность подключения к компьютеру. Программное обеспечение, устанавливаемое на компьютере, позволяет регистрировать и сохранять результаты технологического процесса в базе данных. Данные могут быть представлены в графическом и табличном виде, они имеют временную привязку, могут быть выведены на печать.” Использованные источники: http://helpiks.org/8-95453.html https://studfiles.net/preview/5582040/page:9/ https://studopedia.ru/10_122956_dlya-kakoy-tseli-primenyaetsya-tsementatsiya-kakie-stali-ey-podvergayutsya-primeri-marki-tsementuemih-staley-i-detaley-dlya-kotorih-neobhodima-tehnologiya-tsementatsii.html https://xreferat.com/96/47-1-tehnologicheskiiy-process-obrabotki-shesteren-iz-stali-12hn3a.html https://studopedia.ru/2_126384_indeksatsiya-termicheskih-pechey.html https://www.nakal.ru/upload/iblock/5c9/Cvetn_27042017.pdf |