5.3. Место термической и химико-термической обработок в технологических процессах изготовления изделий
Большинство ответственных деталей машин, механизмов испытывают в процессе работы повышенные, высокие механические нагрузки. Такие детали требуют упрочняющей термической обработки на заданную твердость. Твердость указывается непосредственно на чертеже детали. Иногда наоборот деталь должна быть не столько прочной, сколько пластичной, относительно "мягкой", в таком случае назначается смягчающая термическая обработка.
Упрочняющие обработки:
Смягчающие обработки:
Упрочняющие обработки, повышая твердости и прочность стали, затрудняют их механическую обработку. Поэтому, как правило, твердые поверхности заготовок не обрабатываются режущим инструментом, если твердость их HRc ≥ 40 ед. ( НВ ≥ 400 ед.).
В тоже время "мягкие" стали (HRc ≤ 24 ед.), сплавы хорошо обрабатываются режущим инструментом, но их не следует подвергать шлифованию.
Таким образом, при разработке технологических процессов изготовления деталей максимальное количество операций резания следует осуществлять на заготовках, имеющих малую твердость.
Следует иметь в виду, что такие операции как отжиг, закалка, цементация вызывают окисление и обезуглероживание поверхностей детали. Поэтому данные дефекты следует удалять, если чертеж предусматривает качественные поверхности детали (на это указывает знак обработки - шероховатость соответствующих поверхностей).
Таким образом, от места термической обработки в технологическом процессе зависит:
Твердость стали связана с ее прочностью соотношением:
σв МПа = 3,3 НВ = 33 HRc
Твердость относительно легко контролировать на готовых изделиях, именно поэтому данная характеристика свойств металла широко распространена.
Стали, содержащие ≤ 0,25 % С закалку не воспринимают, однако, они подвергаются химико-термической обработке, например, цементации. К таким сталям относятся: сталь 20 (ГОСТ 2590-71); сталь 20ХН (ГОСТ 4543-71); сталь 12ХН3А (ГОСТ 4543-71), а также их аналоги. Цементация проводится при нагреве на 930 0С в специальных цементационных печах. Насыщение поверхности углеродом идет со скоростью 0,15мм/час.
Типовой режим упрочнения цементированных изделий осуществляется по схеме, представленной на рис. 2.
Рис. 2. Типовой режим обработки цементированных деталей
Следует отметить, что в результате цементации поверхностный слой детали, например, на зубьях шестерни, насыщается углеродом до 1,2...1,3 % и сталь марки 12ХН3А переходит фактически в сталь 120ХН3А. После закалки (см. рис. 2) упрочняется только цементированная рабочая поверхность шестерни до 60...64 ед. HRc, а сердцевина шестерни остается не упрочненной, относительно мягкой и пластичной. В таком состоянии шестерня наиболее работоспособна и хорошо противостоит как ударным, так и истирающимся нагрузкам.
Для придания особо высокой износостойкости рабочих поверхностей некоторых деталей, например, гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания применяется азотирование. Оно проводится при нагреве детали в атмосфере атомарного азота при 510 0С, азотированный слой формируется медленно, со скоростью 0,015 мм/час. То есть, если нужен слой 0,75 мм, требуется выдержка 50 часов. Типовая сталь для азотирования 30ХМ2ЮА (см. табл. 1, позиция 8).
Таблица 1
Режимы термической обработки, твердость и прокаливаемость наиболее распространенных сталей
№ п/п |
Марка стали, ГОСТ |
Режимы термической обработки, НВ, HRc |
|||||||||
Отжиг |
НВ |
Закалка |
HRc |
dкр., мм |
t0 С отпуска, 2 часа после закалки |
||||||
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
8 |
10 |
11 |
12 |
1 |
Сталь 45 1050-74 |
8500С, 2 часа печь |
126-156 |
8500С, 15 ′ вода |
58...62 |
25В |
56 |
50 |
40 |
32 |
24 |
2 |
Сталь 40Х 4543-71 |
8600С, 2 часа печь |
140-160 |
8500С, 15 ′ вода, масло |
58...62 |
42В 22М |
56 |
50 |
42 |
33 |
26 |
3 |
Сталь 30ХГСА 4543-71 |
8800С, 2 часа печь |
136-158 |
8800С, 15 ′ масло |
54...56 |
54В 30М |
49 |
47 |
41 |
36 |
30 |
4 |
Сталь 40ХН2МА 4543-71 |
8500С, 2 часа печь |
|
8500С, 15 ′ масло |
|
100М |
56 |
49 |
44 |
35 |
28 |
5 |
Сталь 65Г 14959-79 |
8300С, 2 часа печь |
|
8300С, 15 ′ масло |
|
38В 16М |
63 |
52 |
46 |
38 |
30 |
6 |
Сталь 60С2А 14959-79 |
8500С, 2 часа печь |
|
8500С, 15 ′ масло |
|
60В 36М |
60 |
47 |
43 |
35 |
30 |
7 |
Сталь ШХ15СГ 801-78 |
9400С, 2 часа печь |
186 |
9000С, 15 ′ масло |
62 |
70В 45М |
61 |
55 |
50 |
45 |
37 |
8 |
Сталь 38Х2МЮА 4543-71 |
9400С, 2 часа печь |
186 |
8200С, 15 ′ масло |
64 |
74В 43М |
61 |
58 |
53 |
- |
- |
Инструментальные стали |
|||||||||||
9 |
Сталь У8А 1435-74 |
8000С, 2 часа печь |
201 |
7800С, 15 ′ вода |
65 |
18В 6М |
62 |
54 |
47 |
37 |
29 |
10 |
Сталь У12А 1435-74 |
8300С, 2 часа печь |
207 |
8100С, 15 ′ вода |
65 |
20В 6М |
62 |
55 |
48 |
38 |
30 |
11 |
Сталь 90ХВГ 5950-73 |
9000С, 2 часа печь |
241 |
8400С, 30 ′ масло |
64 |
|
61 |
56 |
50 |
- |
- |
12 |
Сталь 150 Х12МФ 5950-73 |
9000С, 2 часа печь |
260 |
10200С, 30 ′ масло |
63 |
90М |
63 |
61 |
60 |
60 |
48 |
13 |
Сталь 40Х13 5949-75 |
9000С, 2 часа печь |
210 |
10000С, 30 ′ масло |
60 |
82М |
58 |
52 |
50 |
46 |
20 |
Примечание:
- в графе 4 и 6 указана твердость после отжига и закалки в соответствующей среде соответственно;
- в графе 7 указан максимальный диаметр круга (прутка) или сечения изделия, которые прокаливаются в воде (В) или в масле (М) насквозь;
- при расчете штучного времени, затрачиваемого на термическую обработку следует учесть количество деталей одновременно загружаемых в печь, а к времени выдержки (указано в таблице) следует прибавить время прогрева ( τпр ), которое зависит от сечения детали: τпр = D (Н)max * 0,5 мин
НАЗАД - К ОГЛАВЛЕНИЮ - ДАЛЕЕ