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

62

54

47

37

29

10

Сталь У12А

1435-74

8300С,

2 часа печь

207

8100С,

15 ′

вода

65

20В

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

Используются технологии uCoz