Технологический процесс термической обработки деталей машин

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ЕВРАЗИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Л. Н. ГУМИЛЕВА

Кафедра «Космическая техника и технологии»

Курсовая работа

По дисциплине:Материаловедение в РКТ

Тема: Технологический процесс термической обработки деталей машин

  Выполнил: Iзбасаров Iлияс

студент группы: КТиТ-22

Проверила: ст.препод. Демесинова С.С.

Астана 2016 г.

Содержание

1.     Введение………………………………………………………………………..3

2.     Виды термической обработки………………………………………………...4

3.     Техническое задание…………………………………………………………..7

4.     Сталь марки 20…………………………………………………………………8

5.     Сталь марки 45…………….………………………………………………….12

6.     Сталь марки 40Х……………………………………………………………...16

7.     Сталь марки 40Х……………………………………………………………...20

8.     Сталь марки 38ХА……………………………………………………………24

9.     Заключение……………………………………………………………………27

10.                       Список литературы…………………………………………………………...30

1. Введение

При изготовлении деталей постоянно приходится сталкиваться с необходимостью повысить прочность и твёрдость металла или инструмента, а иногда, наоборот, сделать металл более мягким, легче поддающимся обработке. Этого можно достичь термическим воздействием, заключающимся в нагреве материала до определённой температуры с последующим быстрым или медленным охлаждением.

Термической обработкой называют технологические, процессы теплового воздействия, состоящие из нагрева, выдержки и охлаждения металлических изделий по определенным режимам с целью изменения структуры и свойств сплава. Термическую обработку металлических деталей производят в тех случаях, когда необходимо либо повысить прочность, твердость, износоустойчивость или упругость детали или инструмента, либо, наоборот, сделать металл более мягким, легче поддающимся механической обработке.

Любой процесс термической обработки может быть описан графиком в координатах температура - время. Параметрами процесса термической обработки являются максимальная температура нагрева сплава; время выдержки сплава при температуре нагрева; скорость нагрева и охлаждения. На практике обычно подсчитывают среднюю скорость нагрева или охлаждения.

Важнейшим условием правильной термообработки сталей является подбор необходимого температурного режима в зависимости от марки стали. Но ввиду того, что в свободной продаже имеется ограниченное число марок стали, приходится в основном использовать либо вторичное сырьё, либо изготавливать одни инструменты из других.

Основной целью данной курсовой работы является ознакомление с путем разработки технологического процесса термической обработки деталей авиационной, ракетно-космической, и других отраслях промышленности, а также приобретение навыков самостоятельной работы со справочной литературой и марочниками, более глубокое усвоение курса космического материаловедения.

2. Виды термической обработки

Термическая обработка стали разделяется на закаливание, отпуск и отжиг.

Закалка — распространенный процесс термической обработки стальных деталей. Она осуществляется путем нагрева деталей выше критической точки Ас3 (доэвтектоидной стали) или Ас1 (заэвтектоидной стали) на 30—50° С, выдержки при этой температуре и быстрого охлаждения. Основная цель закалки стали — получение высокой твердости, износостойкости и физико-механических свойств.

Резкое увеличение твердости и прочности в процессе закалки происходит из-за фазовых превращений структуры в процессе нагрева и охлаждения и образования неравновесных твердых структур—мартенсита, троостита и сорбита.

Качество закалки зависит от правильного выбора режима закалки (температуры нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения). Температура нагрева под закалку зависит от химического состава стали. Для углеродистых сталей ее выбирают, пользуясь диаграммой состояния сплавов.

Нагрев деталей должен быть достаточно медленным, чтобы не возникли напряжения и трещины. Время нагрева зависит от химического состава стали, от формы и размеров деталей. Если нагрев производится в соляных ваннах, то скорость нагрева рекомендуется 0,5 мин на 1 мм сечения, если деталь нагревают в электрических печах, то время нагрева рекомендуется 15—20 мин на 1 мм сечения образца. Время выдержки должно быть достаточным, чтобы весь процесс превращения перлита в аустенит завершился полностью. Продолжительность выдержки обычно рекомендуют 25% общего времени нагрева.

Охлаждение детали является наиболее ответственным этапом операции. Скорость охлаждения должна быть такой, чтобы обеспечить получение нужной структуры — мартенсита, троостита или сорбита, т. е. обеспечить необходимые механические свойства обрабатываемой детали.

Для успешного проведения термической обработки правильный выбор закалочный среды имеет большое значение. Для закалки среднеуглеродистых сталей можно рекомендовать воду с температурой 18°С, а для большинства остальных сталей — масло.

Отпуск - процесс термической обработки, состоящий в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки Ас1), выдержке при этой температуре и последующем охлаждении (обычно на воздухе). Цель отпуска - получение более устойчивого структурного состояния, устранение или уменьшение напряжений, повышение вязкости и пластичности, а также понижение твердости и уменьшение хрупкости закаленной стали. Правильное выполнение отпуска в значительной степени определяет качество закаленной детали. Температура отпуска варьируется в широких пределах - от 150 до 700°С в зависимости от его цели. Различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск характеризуется нагревом в интервале 150-250°С, выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе. Он выполняется с целью получения структуры мартенсита отпуска и для частичного снятия внутренних напряжений в закаленной стали с целью повышения вязкости без заметного снижения твердости. Низкий отпуск применяют для инструментальных сталей, после цементации и т. д.

Средний отпуск производится при температурах 300-500°С для получения структуры троостита отпуска. Твердость сталей заметно понижается, вязкость увеличивается. Этот отпуск применяют для пружин, рессор, а также инструмента, который должен иметь значительную прочность и упругость при достаточной вязкости.

Высокий отпуск выполняется при температурах 500-650°С. В процессе высокого отпуска мартенсит распадается с образованием структуры сорбита отпуска. Эта структура обеспечивает лучшее сочетание прочности и пластичности стали. В сорбите отпуска цементит приобретает зернистую форму в отличие от сорбита, полученного после нормализации, в котором цементит имеет пластинчатое строение. Благодаря этому существенно повышается ударная вязкость при одинаковой или даже более высокой твердости, по сравнению с нормализованной сталью. Применяется этот вид отпуска для деталей из конструкционных сталей, работающих при ударных нагрузках.

Отпуск закаленных деталей проводят непосредственно после закалки, так как возникшие в них внутренние напряжения могут вызвать образование трещин.

Отжиг – это операция термической обработки, при которой путем нагрева, выдержки при установленных температурах и последующего медленного охлаждения в стали получают устойчивую (равновесную) структуру, свободную от остаточных напряжений. Отжиг стальных изделий имеет целью снятие внутренних напряжений, устранение структурной неоднородности, улучшение обрабатываемости резанием и подготовку к последующей термической обработке.

Отжиг первого рода. Это отжиг, при котором, как правило, не происходит фазовых превращений (перекристаллизации), а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты.

Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный (диффузионный), низкий и рекристаллизационный.

Гомогенизационный отжиг, или гомогенизация, применяется для выравнивания химической неоднородности (за счет диффузии) зерен твердого раствора, т.е. уменьшения микроликвации в фасонных отливках и в слитках главным образом из легированной стали. В процессе гомогенизации слитки нагревают до 1100–1200 ºС, выдерживают при этой температуре 8 -15 часов, а затем медленно охлаждают до 200-250 ºС. Продолжительность отжига 80-110 часов.

Рекристаллизационному отжигу подвергают сталь, деформированную в холодном состоянии. Наклеп может оказаться столь большим, что сталь становиться мало пластичной и дальнейшая деформация становится невозможной. (После ковки холодного металла заметно возрастает его прочность и твердость. В то же время он становится хрупким. Это явление получило название «наклеп». Наклепом называют как сам процесс изменения внутреннего строения металла при холодной пластической деформации, так и получающийся при этом результат, т.е. повышение прочности и твердости, сопровождающееся уменьшением пластичности.) Для возвращения стали пластичности, и возможности дальнейшей деформации изделия проводят рекристаллизационный отжиг.

Низкий отжиг. Если структура стали после горячей механической обработки хорошая и нет необходимости в перекристаллизации, внутренние напряжения, то нагревают сталь ниже Ас1 . Нагрев осуществляется со скоростью 100-150 град/час, а после выдержки - охлаждение на воздухе. Углеродистые и легированные стали подвергают низкому отжигу перед обработкой резанием, волочением и т.д.

Отжиг второго рода. Это отжиг, при котором фазовые превращения (перекристаллизация) определяют его целевое назначение.

Различают следующие разновидности отжига второго рода: полный отжиг, неполный отжиг, изотермический отжиг.

Полный отжиг. При полном отжиге доэвтектоидная сталь нагревается выше Ас3 на 30-50 ºС, выдерживается при этой температуре до полного прогрева и медленно охлаждается. В этом случае ферритно-перлитная структура переходит при нагреве в аустенитную, а затем при медленном охлаждении превращается обратно в феррит и перлит. Происходит полная перекристаллизация.

На практике скорость нагрева обычно близка к 100 град/час, а продолжительность выдержки колеблется от 0,5 до 1 часа на тонну нагреваемого металла. Чрезмерное повышение температуры нагрева металла над точкой Ас3 вызывает рост зерна аустенита, что ухудшает свойства стали.

Основные цели полного отжига: устранение пороков структуры, возникших при предыдущей обработке металла (сварка, литье, горячая деформация, термообработка), смягчение стали перед обработкой резанием и снятие внутренних напряжений.

Неполный отжиг. Неполный отжиг заключается в нагреве выше Ас1 и медленном охлаждении. При этом происходит частичная перекристаллизация перлитной составляющей. Неполному отжигу подвергают доэвтектоидные стали с целью снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости резанием в том случае, если предварительная горячая обработка не привела к образованию крупного зерна. Неполный отжиг заэвтектоидных сталей называется также отжигом сфероидизации. В результате отжига сфероидизации получают структуру – зернистый перлит. Охлаждение при сфероидизации должно быть медленным, чтобы обеспечить распад аустенита на ферритно-карбидную смесь.

Изотермический отжиг. На практике с целью экономии времени часто проводят изотермический отжиг. В этом случае сталь нагревают, а затем быстро охлаждают (чаще переносом в другую печь) до температуры лежащей ниже Ас1 на 50-100 ºС. При этой температуре сталь выдерживается до полного распада аустенита, после чего охлаждается на воздухе. Изотермический отжиг часто применяют для легированных сталей, так как он сокращает продолжительность процесса.

3. Техническое задание.

В данной курсовой работе мы должны расшифровать марку заданной стали и описать ее микроструктуру. Затем мы выбираем и обосновываем последовательность операции предварительной и окончательной термообработки деталей. Также необходимо назначить и обосновать режим операций предварительной и окончательной термообработки деталей (температура нагрева и микроструктура в нагретом состоянии, охлаждающая среда). В конце нужно описать микроструктуру и механические свойства материала детали после окончательной термообработки. Ниже приводятся исходные данные для выполнения курсовой работы.

4. Сталь марки 20 (1а)

·        Марка стали: 20

·        Метод упрочнения (термообработки): Цементация

·        Термообрабатываемая поверхность: Зубья.

·        Глубина упрочняемого слоя, мм: 0.9…1.0

·        Твердость: 58…62 HRC

Расшифровка марки стали 20

Первые две цифры в обозначении марки стали обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Значит, в данной марке стали 0,2% углерода. Далее должны идти обозначения легирующих элементов в сплаве. В этом варианте они отсутствуют. Содержание остальных примесей незначительно. Подводим итоги: сталь 20 – углеродистая конструкционная сталь

Вид поставки стали марки 20

Вид поставки – сортовой прокат в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-97, ГОСТ 8239-89. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74, Лист тонкий ГОСТ 16523-97. Лента ГОСТ 6009-74, ГОСТ 10234-77, ГОСТ 103-2006, ГОСТ 82-70. Проволока ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-91. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 10704-91, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75.

Применение стали марки 20

Шестерни, червяки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины. В данном варианте моей курсовой работы я выбираю червяка

Химический состав стали марки 20 (в %)

Углерод (C)        0,17 - 0,23             Фосфор (P)       до 0,04

Кремний (Si)       0,17 - 0,37             Хром (Cr)         до 0,25

Марганец (Mn)   0,35 - 0,65             Медь (Cu)         до 0,25

Никель (Ni)         до 0,25                  Мышьяк (As)    до 0,08

Сера (S)              до 0,04                  Железо (Fe)       ~98

Механические свойства при Т=20°С стали марки 20

Сортамент	Размер	sв	sT	d5	y	KCU	Режим термообработки
	Мм	МПа	МПа	%	%	кДж / м2
Лист  ГОСТ 4041-71	4-14	490	340	28
Поковки ГОСТ 1050-88	До 80	410	245	25	55	780	Нормализация 910°С, отпуск 620°С

Физические свойства стали марки 20

T	E 10- 5	α  10 6	l	r	C	R 10 9
°С	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.13		52	7859
100	2.03	11.6	50.6	7834	486	219
200	1.99	12.6	48.6	7803	498	292
300	1.90	13.1	46.2	7770	514	381
400	1.82	13.6	42.8	7736	533	487
500	1.72	14.1	39.1	7699	555	601
600	1.60	14.6	35.8	7617	584	758
700		14.8	32	7917	636	925
800		12.9		7624	703	1094

Свойства и полезная информация о стали марки 20

Удельный вес стали 20: 7850 кг/м³

Твердость материала: HB 10^-1 = 163 МПа

Температура критических точек: Ac1=735, Ac3(Acm)=850, Ar3(Arcm)=835, Ar1=680

Температура ковки, °С: начала 1280, конца 750, охлаждение на воздухе

Обрабатываемость резанием: в горячекатанном состоянии при HB 126-131 и δB=450-490 МПа,  К υ тв. спл=1,7 и Кυ б.ст=1,6

Свариваемость материала: без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС

Флокеночувствительность: не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости: не склонна

Червяк и его применение

Червячные передачи – это передачи зацеплением с непосредственным контактом витков червяка и зубьев червячного колеса. Червяк – это винт с трапецеидальной или близкой к ней по форме резьбой. Червячное колесо является косозубым зубчатым колесо с зубьями особой дуговой формы. По форме тела червяки разделяют на цилиндрические, глобоидные и тороидные. Наибольшее применение находят цилиндрические червяки как более простые в изготовлении и обеспечивающие достаточно высокую нагрузочную способность.

Профиль витков червяка можно варьировать, так как червячные колеса изготовляют инструментом, являющимся аналогом червяка. По форме боковой поверхности витка червяки разделяют на архимедовы (обозначение ZA), конволютные (ZN), эвольвентные (Z1), нелинейчатые с поверхностью, образованной конусом (ZK) и с вогнутым профилем витка (ZT).

При невысоких требованиях к нагрузочной способности и ресурсу в условиях мелкосерийного производства применяют архимедовы и конволютные червяки. Изготовление и червяка и колеса из твердых материалов не обеспечивает достаточной износостойкости и сопротивления заеданию. Поэтому одну из деталей передачи выполняют из антифрикционного материала (материала, хорошо сопротивляющегося заеданию и износу).

Для червяка характерны относительно малый диаметр и значительное расстояние между опорами, его жесткость и прочность обеспечивают за счет изготовления его из стали. Поскольку при приработке на червяк возлагается роль формообразующего элемента, его прочность и твердость поверхности должны быть выше соответствующих свойств колеса.

Термическая обработка стали марки 20

В данном варианте моей курсовой работы деталь из стали марки 20 проходит через цементацию. Цементацией называется процесс насыщения поверхности изделия углеродом. Цель цементации – придание поверхности твердости при сохранении мягкой сердцевины. Обычно цементации подвергают детали из низкоуглеродистой стали, содержащей не более 0,25 % С (сталь марок 10, 15, 20, А12, 15Х, 25ХГМ и др.), работающие в условиях переменных ударных нагрузок и подвергающиеся износу, например зубья автомобильных зубчатых колес, шестерни, втулки, поршневые пальцы и т. д. Температура цементация 900-970°С. Толщина цементованного слоя от 0,1 до 3-4 мм. Цементированные изделия подвергают двойной термической обработке. Для придания твердости наружному слою производят закалку с температур 820-850°С и низкий отпуск при 150-170°С.

Цементация может проводиться в твердых, газообразных и жидких углеродсодержащих средах, которые называются карбюризаторами.

Цементация в твердом карбюризаторе. Наиболее старым способом является цементация в твердой среде (в твердом карбюризаторе). При этом способе цементации карбюризатором служит смесь древесного угля и углекислых солей (углекислого бария — ВаС03, углекислого натрия (соды) — Na2C03 и др.). Углекислые соли добавляются к древесному углю в количестве 10—40%. В практике цементации применяют различные составы карбюризаторов. Для цементации в твердом карбюризаторе детали помещают в цементационный (стальной) ящик и засыпают карбюризатором. Упаковка деталей в ящик с карбюризатором должна производиться таким образом, чтобы детали со всех сторон были окружены карбюризатором и не соприкасались друг с другом, со стенками и дном ящика. Ящик закрывают крышкой и замазывают огнеупорной глиной. Через отверстия в крышке в ящик вставляют стержни из такой же низкоуглеродистой стали, из которой изготовлены цементуемые детали. Эти стержни называются «свидетелями» и служат они для контроля цементации. Ящик с упакованными в нем в карбюризаторе деталями (рис. 152) помещают в печь и нагревают до 900—950° С.

При нагреве протекают следующие процессы. Углерод угля соединяется с кислородом воздуха, находящимся в ящике, и образуется окись углерода (СО).  Окись углерода разлагается на углекислый газ (С02) и углерод, образующийся в виде атомов (атомарный углерод): Атомарный углерод проникает (диффундирует) в поверхностный слой детали. Так как детали нагреты до 900—950° С, т. е. выше верхней критической точки Ас3у и в стали при такой температуре образуется 7-железо, углерод, проникая в сталь, растворяется в v-железе с образованием аустенита:

Цементация в газовом карбюризаторе. В последнее время нашла широкое применение цементация газами, получаемыми из бензола и различных масел, вводимых прямо в печь по каплям. Детали загружают в печи (непрерывного действия), в которые вводят цементующие газы. При нагреве окись углерода и метан разлагаются, образуя активный (атомарный) углерод. Продолжительность процесса газовой цементации меньшая, чем цементации твердым карбюризатором, так как нагрев и охлаждение производятся со значительно большими скоростями, чем это можно осуществить в цементационных ящиках. Кроме этого, газовая цементация имеет ряд других преимуществ: возможность точного регулирования процесса цементации путем изменения состава цементующего газа, отсутствие громоздкого оборудования и угольной пыли и возможность производить закалку непосредственно из печи. Процесс газовой цементации более экономичен.

5. Сталь марки 45 (1б)

·        Марка стали: 45

·        Метод упрочнения (термообработки): Азотирование

·        Термообрабатываемая поверхность: Зубья.

·        Глубина упрочняемого слоя, мм: 0.5…0.7

·        Твердость: 58…62 HRC

Расшифровка марки стали 45

Цифра 45 в начале обозначения марки стали указывает на то, что в ней 0,45% углерода. Далее должны идти обозначения легирующих элементов в сплаве. В этом варианте они отсутствуют. Содержание остальных примесей незначительно. Подводим итоги: сталь 45 – углеродистая конструкционная сталь.

Вид поставки стали марки 45

Вид поставки – сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-88, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 8509-93, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8239-89, ГОСТ 8240-97, ГОСТ 10702-78 Калиброванный пруток ГОСТ 1050-88, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 16523-97. Лента ГОСТ 2284-79. Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 1577-93, ГОСТ 82-70. Проволока ГОСТ 17305-91, ГОСТ 5663-79. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70, ГОСТ 1133-71. Трубы ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 8734-75, ГОСТ 8731-74, ГОСТ 21729-76.

Применение стали марки 45

Вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность. Для данного варианта моей курсовой работы я выбираю коленчатый вал.

Химический состав стали марки 45 (в %)

Углерод (C)        0,42 – 0,5              Фосфор (P)        до 0,035

Кремний (Si)       0,17 – 0,37            Хром (Cr)          до 0,25

Марганец (Mn)   0,5 – 0,8                Медь (Cu)          до 0,25

Никель (Ni)         до 0,25                  Мышьяк (As)    до 0,08

Сера (S)              до 0,04                  Железо (Fe)       ~97

Механические свойства при Т=20°С стали марки 45

Сортамент	Размер	sв	sT	d5	y	KCU	Режим термообработки
	мм	МПа	МПа	%	%	кДж / м2
Трубы ГОСТ 8731-87		588	323	14	35		Нормализация 890°С
Полоса ГОСТ 1577-93	6-60	600	355	16	40

Физические свойства стали марки 45

T	E 10- 5	α  10 6	l	r	C	R 10 9
°С	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2			7829
100	2.01	11.9	48	7799	473
200	1.93	12.7	47	7769	494
300	1.90	13.4	44	7735	515
400	1.72	14.1	41	7698	536
500		14.6	39	7662	583
600		14.9	36	7625	578
700		15.2	27	7587	611
800			26	7595	720

Свойства и полезная информация о стали марки 45

Удельный вес: 7826 кг/м³

Термообработка: Состояние поставки

Твердость материала: HB 10^-1 = 170 МПа

Температура критических точек: Ac1=730, Ac3(Acm)=755, Ar3(Arcm)=690, Ar1=780, Mn=350

Свариваемость материала: трудносвариваемая. Способы сварки: РДС и КТС. Необходим подогрев и последующая термообработка.

Температура ковки, °С: начала 1250, конца 700. Сечения до 400 мм охлаждаются на воздухе.

Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB 170-179 и σв=640 МПа,  К υ тв. спл=1 и Кυ б.ст=1

Флокеночувствительность: малочувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

Коленчатый вал и его применение

Коленчатый вал (коленвал) – это главный элемент двигателя автомобиля, являющийся частью кривошипно-шатунного механизма, который преобразует энергию сгорающих в цилиндрах двигателя газов в механическую энергию. Главная задача коленчатого вала – преобразовать возвратно-поступательные движения поршней двигателя в крутящий момент, который через трансмиссию передаётся на колёса автомобиля. Одной из основных технических характеристик коленчатого вала, как и всего двигателя, является радиус кривошипа. Это расстояние от осей коренных шеек (шейки, в которых вращается коленчатый вал в цилиндровом блоке) к осям шатунных шеек (шейки, которые вращаются внутри большой головки шатуна). Удвоенный радиус кривошипа являет собой длину хода поршня, которая определяет объём цилиндров. Если изменить длину радиуса кривошипа при неизменном диаметре цилиндра, это приведёт к изменению объёма цилиндров. Эту зависимость часто используют, чтобы менять технические характеристики всего двигателя в определённом направлении.

Подбирая соотношение длины хода поршня и диаметра цилиндра, двигатель можно сделать длиноходным (ход поршня превышает диаметр цилиндра) или короткоходным (диаметр цилиндра больше, чем ход поршня). Короткоходные двигатели дают возможность повысить мощность за счёт увеличения скорости вращения. А длиноходные двигатели более экономичны и обеспечивают высокий крутящий момент на низких оборотах. При изменении параметров коленчатого вала происходит изменение всех параметров двигателя, поэтому нужно быть предельно осторожным, тюнингуя свой автомобиль, так как технические характеристики часто меняются не в лучшую сторону.

Когда двигатель работает, на коленчатый вал действую сильные нагрузки. Его надёжность определяется конструкцией и материалом, из которого он изготовлен. Этот элемент двигателя, как правило, имеет цельную структуру. А потому материалы для него должны быть максимально прочными, потому что от прочности коленчатого вала будет зависеть работа всей системы.

В качестве материалов для изготовления коленчатых валов используют углеродистую и легированную сталь либо чугун высокой прочности. Коленчатый вал можно изготовить методом литья, методом ковки из стали или методом точения. Заготовки получают способом горячей штамповки или способом литья. Очень важно, как расположены волокна материалов в заготовках. Чтобы не допустить их перерезания в дальнейшей обработке, применяются гибочные ручьи. Когда заготовка готова, её дополнительно обрабатывают под высокой температурой и очищают от окалины (дробомётной машиной или методом травления).

Термическая обработка стали марки 45

В данном варианте моей курсовой работы деталь из стали марки 45 проходит через азотирование. Азотирование — процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом. Азотирование впервые было предложено русским ученым проф. Н. П. Чижевским (1913 г.).

Азотирование проводится при нагреве деталей в атмосфере аммиака (NH3) при температуре 500—700° С. Целью азотирования является получение поверхности деталей высокой твердости и износостойкости или устойчивости против коррозии (антикоррозионное азотирование). Для азотирования детали нагревают в специальной герметически закрытой печи, через которую пропускают аммиак (NH3). При нагревании аммиак разлагается. Образующийся атомарный азот (N) поглощается поверхностью стали и проникает в глубь детали. Если главным требованием, предъявляемым к азотированному слою, является высокая твердость и износостойкость, то применяют сталь, содержащую алюминий. Азотирование длится очень долго — до 90 ч. что является его основным недостатком. Глубина азотированного слоя получается обычно 0,3—0,6 мм. Микроструктура азотированной специальной стали приведена на рис. 155. На поверхности образуется белый нетравящийся слой нитридов, а глубже — сорбитообразная структура. Твердость и глубина азотированного слоя зависят от температуры. Чем выше температура азотирования, тем глубже слой, но меньше твердость.

Если азотированию должна подвергаться не вся поверхность детали, а только некоторые ее части, то места, не подлежащие азотированию, предохраняются от проникновения в них азота покрытием тонким (0,01—0,015 мм) слоем олова.

Общий технологический процесс азотирования состоит из следующих операций: предварительная токарная обработка; улучшение (закалка и высокотемпературный отпуск); чистовая обработка; азотирование; окончательное шлифование.

Азотирование проводят по одноступенчатому режиму при температуре 500—520° С с выдержкой до 90 ч или по двухступенчатому режиму—при 500—520° С (15—20 ч) и при 550—570° С (20—25 ч). Антикоррозионному (декоративному) азотированию подвергают любые стали, в том числе и простые углеродистые, при температуре 600— 700° С, с выдержкой 0,5—1 ч.

6. Сталь марки 40Х (1в)

·        Марка стали: 40Х

·        Метод упрочнения (термообработки): Азотирование

·        Термообрабатываемая поверхность: Æ50к6.

·        Глубина упрочняемого слоя, мм: 0.6

·        Твердость: 48…53 HRC

Расшифровка марки стали 40Х

Первые две цифры в обозначении марки стали обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Значит, в моей стали 0,4% углерода. Далее расположены обозначения легирующих элементов в сплаве. «Х» указывает на содержание хрома в сплаве. Так как после буквы каких-либо цифр нет, значит содержание хрома в данной марке стали до 1%. В итоге, перед нами легированная конструкционная сталь.

Вид поставки стали марки 40Х

Вид поставки: сортовой прокат: в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 10702-78.Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Лист толстый ГОСТ 1577-93,  ГОСТ 19903-74. Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 1577-93, ГОСТ 82-70. Поковки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 13663-86.

Применение стали марки 40Х

Оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности. Для данного варианта моей курсовой работы я выбираю вал-шестерню.

Химический состав стали марки 40Х (в %)

Углерод (C)        0,36 – 0,44            Фосфор (P)        до 0,035

Кремний (Si)       0,17 – 0,37            Хром (Cr)          0,8 – 1,0

Марганец (Mn)   0,5 – 0,8                Медь (Cu)          до 0,3

Никель (Ni)         до 0,3                    Железо (Fe)       ~97

Сера (S)              до 0,035                

Механические свойства при Т=20°С стали марки 40Х

Сортамент	Размер	sв	sT	d5	y	KCU	Режим термообработки
	мм	МПа	МПа	%	%	кДж / м2
Пруток ГОСТ 4543-71	25	980	780	10	45	59	Закалка 860°С, масло. Отпуск 500°С, вода или масло
Поковки ГОСТ 8479-70	500-800	470	245	15	30	34	Нормализация

Физические свойства стали марки 40Х

T	E 10- 5	α  10 6	l	r	C	R 10 9
°С	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.14			7820		210
100	2.11	11.9	46	7800	466	285
200	2.06	12.5	42.7	7770	508	346
300	2.03	13.2	42.3	7740	529	425
400	1.85	14.1	38.5	7700	563	528
500	1.76	14.4	35.6	7670	592	642
600	1.64	14.6	31.9	7630	622	780
700	1.43		28.8	7590	634	936
800	1.32		26	7610	664	1100

Свойства и полезная информация о стали марки 40Х

Удельный вес: 7820 кг/м³

Твердость материала: HB 10^-1 = 217 МПа

Температура критических точек: Ac1 = 743 , Ac3(Acm) = 815 , Ar3(Arcm) = 730 , Ar1 = 693

Флокеночувствительность: чувствительна

Свариваемость: трудносвариваема. Способы сварки: РДС, ЭШС, необходимы подогрев и последующая термообработка. КТС - необходима последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB 163-168 и σв=610 МПа,  К υ тв. спл=1,2 и Кυ б.ст=0,95

Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.

Склонность к отпускной хрупкости: склонна

Вал-шестерня и его применение

Вал-шестерня – это самый изнашиваемый элемент грузоподъемного механизма. Ведь именно он выносит сильнейшие нагрузки, передавая крутящий момент с одного вала на другой. Поэтому вал-шестерни часто нуждаются в замене. Учитывая этот факт, вал-шестерни отличает от обычных шестерен прочность и износостойкость. Во время изготовления этого узла механизма, шестерня нарезается в теле вала. Диаметром она может быть в 2 раза больше диаметра вала, когда её размер максимальный.

Вал-шестерни бывают прямозубые, косозубые, а также, шевронные валы-шестерни.  Валы-шестерни передают момент вращения с одного вала на другой. Вал-шестерня зацепляет другое зубчатое колесо, за счет чего производится передача вращающего момента от одного вала к другому. Изготовление валов-шестерен производится с целью применения их на различных производствах в редукторах и приводных механизмах.

При изготовлении зубчатых колес для реализации передачи вращающего момента, возможны 2 варианта закрепления шестерни на валу:

·        вал-шестерня (шестерня и вал являются одним целым).

·        насадная шестерня (шестерня крепится к валу при помощи какого-либо вида соединения).

Как несложно догадаться: с точки зрения качества, вал-шестерня обладает превосходством перед насадной шестерней в совокупности с валом. Такая конструкция является более надежной, жесткой и точной. Сегодня редукторы изготавливаются чаще на основе валов-шестерен, однако возникает необходимость применения и насадных шестерен, когда шестерня должна двигаться вдоль оси вала в процессе работы. Также использование разъемных конструкций позволяет выполнить шестерню  вал из разных материалов. В некоторых случаях раздельное соединение предпочитают с точки зрения практичности, поскольку при замене сломанных деталей обе составляющие менять не приходится.

При высоких передаточных коэффициентах зубья нарезают прямо на поверхности вала. Но такое изготовление валов-шестерен относится к более сложным производственным задачам, поскольку затруднен процесс фрезерования и шлифование зубьев.

Термическая обработка стали 40Х

В данном варианте моей курсовой работы деталь из стали марки 45 проходит через азотирование. Азотирование — процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом. Азотирование впервые было предложено русским ученым проф. Н. П. Чижевским (1913 г.).

Азотирование проводится при нагреве деталей в атмосфере аммиака (NH3) при температуре 500—700° С. Целью азотирования является получение поверхности деталей высокой твердости и износостойкости или устойчивости против коррозии (антикоррозионное азотирование). Для азотирования детали нагревают в специальной герметически закрытой печи, через которую пропускают аммиак (NH3). При нагревании аммиак разлагается. Образующийся атомарный азот (N) поглощается поверхностью стали и проникает в глубь детали. Если главным требованием, предъявляемым к азотированному слою, является высокая твердость и износостойкость, то применяют сталь, содержащую алюминий. Азотирование длится очень долго — до 90 ч. что является его основным недостатком. Глубина азотированного слоя получается обычно 0,3—0,6 мм. Микроструктура азотированной специальной стали приведена на рис. 155. На поверхности образуется белый нетравящийся слой нитридов, а глубже — сорбитообразная структура. Твердость и глубина азотированного слоя зависят от температуры. Чем выше температура азотирования, тем глубже слой, но меньше твердость.

Если азотированию должна подвергаться не вся поверхность детали, а только некоторые ее части, то места, не подлежащие азотированию, предохраняются от проникновения в них азота покрытием тонким (0,01—0,015 мм) слоем олова.

Общий технологический процесс азотирования состоит из следующих операций: предварительная токарная обработка; улучшение (закалка и высокотемпературный отпуск); чистовая обработка; азотирование; окончательное шлифование.

Азотирование проводят по одноступенчатому режиму при температуре 500—520° С с выдержкой до 90 ч или по двухступенчатому режиму—при 500—520° С (15—20 ч) и при 550—570° С (20—25 ч). Антикоррозионному (декоративному) азотированию подвергают любые стали, в том числе и простые углеродистые, при температуре 600— 700° С, с выдержкой 0,5—1 ч.

7. Сталь марки 40Х (1г)

·        Марка стали: 40Х

·        Метод упрочнения (термообработки): ТВЧ

·        Термообрабатываемая поверхность: Зубья.

·        Глубина упрочняемого слоя, мм: 0.8…1.1

·        Твердость: 58…62 HRC

Расшифровка марки стали 40Х

Первые две цифры в обозначении марки стали обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Значит, в моей стали 0,4% углерода. Далее расположены обозначения легирующих элементов в сплаве. «Х» указывает на содержание хрома в сплаве. Так как после буквы каких-либо цифр нет, значит содержание хрома в данной марке стали до 1%. В итоге, перед нами легированная конструкционная сталь.

Вид поставки стали марки 40Х

Вид поставки: сортовой прокат: в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 10702-78.Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Лист толстый ГОСТ 1577-93,  ГОСТ 19903-74. Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 1577-93, ГОСТ 82-70. Поковки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 13663-86.

Применение стали марки 40Х

Оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности. Для данного варианта моей курсовой работы я выбираю болт.

Химический состав стали марки 40Х (в %)

Углерод (C)        0,36 – 0,44            Фосфор (P)        до 0,035

Кремний (Si)       0,17 – 0,37            Хром (Cr)          0,8 – 1,0

Марганец (Mn)   0,5 – 0,8                Медь (Cu)          до 0,3

Никель (Ni)         до 0,3                    Железо (Fe)       ~97

Сера (S)              до 0,035                

Механические свойства при Т=20°С стали марки 40Х

Сортамент	Размер	sв	sT	d5	y	KCU	Режим термообработки
	мм	МПа	МПа	%	%	кДж / м2
Пруток ГОСТ 4543-71	25	980	780	10	45	59	Закалка 860°С, масло. Отпуск 500°С, вода или масло
Поковки ГОСТ 8479-70	500-800	470	245	15	30	34	Нормализация

Физические свойства стали марки 40Х

T	E 10- 5	α  10 6	l	r	C	R 10 9
°С	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.14			7820		210
100	2.11	11.9	46	7800	466	285
200	2.06	12.5	42.7	7770	508	346
300	2.03	13.2	42.3	7740	529	425
400	1.85	14.1	38.5	7700	563	528
500	1.76	14.4	35.6	7670	592	642
600	1.64	14.6	31.9	7630	622	780
700	1.43		28.8	7590	634	936
800	1.32		26	7610	664	1100

Свойства и полезная информация о стали марки 40Х

Удельный вес: 7820 кг/м³

Твердость материала: HB 10^-1 = 217 МПа

Температура критических точек: Ac1 = 743 , Ac3(Acm) = 815 , Ar3(Arcm) = 730 , Ar1 = 693

Флокеночувствительность: чувствительна

Свариваемость: трудносвариваема. Способы сварки: РДС, ЭШС, необходимы подогрев и последующая термообработка. КТС - необходима последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB 163-168 и σв=610 МПа,  К υ тв. спл=1,2 и Кυ б.ст=0,95

Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.

Склонность к отпускной хрупкости: склонна

Болт и его применение

Болт — крепёжная резьбовая деталь в виде цилиндрического стержня с головкой, часть которого снабжена резьбой, предназначенной для навинчивания гайки. Является наиболее распространённым видом деталей машин, сооружений. Наиболее распространены болты с шестигранной головкой под гаечный ключ.

Для закрепления соединяемых деталей, болт вставляется в сквозное отверстие в этих деталях, затем на резьбу болта навинчивают гайку и стягивают детали с её помощью. Фиксация деталей в направлениях, перпендикулярных стержню болта, обеспечивается за счёт сил трения от затяжки болта, при условии что эта сила больше чем сдвигающая сила. В том случае когда часть нагрузки в этом направлении несёт болт, стержень болта и отверстия в деталях изготавливают с большей точностью. При этом болты работают как штифты. Для предотвращения деформации деталей и/или самооткручивания гайки под головку болта и под гайку подкладывают различные шайбы.

Классификация болтов по сферам применения:

·        Лемешные используются для крепления навесного оборудования для сельскохозяйственных машин.

·        Мебельные используются в мебельной промышленности и строительстве.

·        Дорожные используются для дорожных ограждений, для специальных металлоконструкций

·        Машиностроительные используются в машиностроении, автомобилестроении, приборостроении и строительстве в качестве деталей соединения.

·        Высокопрочные используются в агрессивных средах в условиях химических производств, при работе в высокотемпературных режимах,в конструкциях , механизмах и на других объектах, работающих в условиях пониженных температур (в т.ч. Крайнего Севера),при высоких требованиях по выдерживанию больших разрывных усилий, предъявляемых к крепежным соединениям, испытывающим повышенные динамические и статические нагрузки, при необходимости достичь высокую прочность соединения,

В качестве исходного сырья используются низкоуглеродистые и легированные стали (с содержанием углерода не более 0,40%) марок 10КП, 20КП, 10, 20, 35, 20Г2Р, 65Г, 40Х. Механические свойства болтов, также определяются свойствами используемой стали с последующей термической обработкой в электропечах с защитной средой, предотвращающей обезуглероживание изделий.

Термическая обработка стали марки 40Х

В данном варианте моей курсовой работы мы обрабатываем деталь из стали марки 40Х токами высоких частот (ТВЧ). При поверхностной закалке ТВЧ нагрев проводится до более высокой температуры, чем при обычной объемной закалке. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, при очень большой скорости нагрева температуры критических точек, при которых происходит переход перлита в аустенит, повышаются, а во-вторых, нужно, чтобы это превращение успело завершиться за очень короткое время нагрева, а чем выше температура, тем быстрее оно происходит. Так, например, при печном нагреве со скоростью 2—3°С/с температура нагрева под закалку стали 50ХА составляет 840—860°С, при нагреве ТВЧ со скоростью 250°С/с — 880—920°С, а при скорости 500°С/с— 980—1020°С.

Несмотря на то, что нагрев при высокочастотной закалке проводится до более высокой температуры, чем при обычной, перегрева металла не происходит. Это объясняется тем, что время высокочастотного нагрева очень короткое, и зерно в стали не успевает вырасти. С другой стороны, благодаря более высокой температуре нагрева и более интенсивному охлаждению твердость после закалки ТВЧ получается выше примерно на 2— 3 единицы по Роквеллу. Это обеспечивает более высокую прочность и износостойкость поверхности детали.

Наряду с этим действует еще один важный фактор, способствующий повышению эксплуатационной прочности деталей, закаленных с помощью ТВЧ. Это появление на поверхности сжимающих напряжений благодаря образованию мартенситной структуры. Чем меньше глубина закаленного слоя, тем в большей мере проявляется действие таких напряжений.

Кроме этого, высокочастотная закалка дает и другие важные преимущества: высокую производительность; легкость регулирования толщины закаленного слоя; минимальное коробление; почти полное отсутствие окалины; возможность полной автоматизации всего процесса; облегчение условий труда; возможность размещения закалочной установки в потоке механической обработки. Наиболее часто поверхностной высокочастотной закалке подвергают детали, изготовленные из углеродной стали с содержанием 0,4—0,5% С, а сталь 50ХА содержит 0,5% С. Эти стали после закалки имеют поверхностную твердость HRC 55—60, а для данной стали необходимо 54..58 HRC.

ТВЧ закалка происходит следующим образом: деталь, которую следует закалить, помещается в электромагнитное поле внутри медной трубки, которая согнута по форме необходимой детали, при этом индуктируются переменные токи высокой частоты, они (токи) оттесняются к поверхности детали изнутри возникшим переменным магнитным током. Так как индуктированные токи на поверхности нагреваемой детали имеют очень высокую плотность, то происходит быстрый нагрев поверхностного слоя.

8. Сталь марки 38ХА

·        Марка стали: 38ХА

·        Метод упрочнения (термообработки): ТВЧ

·        Термообрабатываемая поверхность: Æ50к6.

·        Глубина упрочняемого слоя, мм: 1.0…1.1

·        Твердость: 48…53 HRC

Расшифровка марки стали 38ХА

Первые две цифры в обозначении марки стали обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Значит, в моей стали 0,38% углерода. Далее расположены обозначения легирующих элементов в сплаве. Буква «Х» показывает на содержание хрома в сплаве до 1 %. Буква «А» указывает, что данная марка стали является высококачественной, то есть содержание вредных примесей (сера и фосфор) в ней до 0,0025%. В итоге, перед нами высококачественная легированная конструкционная сталь.

Вид поставки стали марки 38ХА

Вид поставки: сортовой прокат: в том числе фасонный: Трубы ГОСТ 21729-76, Пруток ГОСТ 4543-71 Калиброванный пруток ГОСТ 10702-78

Применение стали марки 38ХА

Червяки, зубчатые колеса, шестерни, валы, оси, ответственные болты и другие улучшаемые детали. В данном варианте моей курсовой работы я выбираю зубчатое колесо.

Химический состав стали марки 38ХА (в %)

Углерод (C)        0,35 – 0,42            Фосфор (P)        до 0,025

Кремний (Si)       0,17 – 0,37            Хром (Cr)          0,8 – 1,0

Марганец (Mn)   0,5 – 0,8                Медь (Cu)          до 0,3

Никель (Ni)         до 0,3                    Железо (Fe)       ~97

Сера (S)              до 0,025                

Механические свойства при Т=20°С стали марки 38ХА

Сортамент	Размер	sв	sT	d5	y	KCU	Режим термообработки
	мм	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Пруток ГОСТ 4545-71	Ø 25	930	780	12	50	88	Закалка 860 °С, масло. Отпуск 540 °С, вода
Трубы ГОСТ 8559-75		770	588	14	35

Физические свойства стали марки 38ХА

T	E 10- 5	α  10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	1.96			7850
100		12.7	50
200		13.1	46	7800
300		13.5	42
400		13.8	40
500		14.2	37
600		14.6	35	7650
700			31
800			27

Свойства и полезная информация о стали марки 38ХА

Удельный вес: 7850 кг/м³

Термообработка: Закалка 820°C, масло, Отпуск 550°C, вода

Твердость материала: HB 10^-1 = 207 МПа

Температура критических точек: Ac1=740, Ac3(Acm)=780, Ar3(Arcm)=7,0, Ar1=695, Mn=250

Свариваемость материала: трудносвариваемая.

Флокеночувствительность: чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости: склонна.

Зубчатое колесо и его применение

Зубчатой передачей называется механизм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой и изменения частоты вращения посредством зубчатых колес и реек. Зубчатое колесо, сидящее на передающем вращение валу, называется ведущим, а на получающем вращение — ведомым. Меньшее из двух колес сопряженной пары называют шестерней; большее — колесом; термин «зубчатое колесо» относится к обеим деталям передачи.

Зубчатые передачи представляют собой наиболее распространенный вид передач в современном машиностроении. Преимуществами зубчатых колес является то, что они очень надежны в работе, обеспечивают постоянство передаточного числа, компактны, имеют высокий КПД, просты в эксплуатации, долговечны и могут передавать любую мощность (до 36 тыс. кВт). К недостаткам зубчатых передач следует отнести: необходимость высокой точности изготовления и монтажа, шум при работе со значительными скоростями, невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа.

В связи с разнообразием условий эксплуатации формы элементов зубчатых зацеплений и конструкции передач весьма разнообразны. Зубчатые передачи классифицируются по следующим признакам:

·        По взаимному расположению осей колес: с параллельными осями (цилиндрическая передача); с пересекающимися осями (коническая передача); со скрещивающимися осями (винтовая передача, червячная передача).

·        В зависимости от относительного вращения колес и расположения зубьев различают передачи с внешним и внутренним зацеплением. В первом случае вращение колес происходит в противоположных направлениях, во втором — в одном направлении. Реечная передача служит для преобразования вращательного движения в поступательное.

·        По форме профиля различают зубья эвольвентные и неэвольвентные, например цилиндрическая передача Новикова, зубья колес которой очерчены дугами окружности.

·        В зависимости от расположения теоретической линии зуба различают колеса с прямыми зубьями, косыми, шевронными и винтовыми. В непрямозубых передачах возрастает плавность работы, уменьшается износ и шум. Благодаря этому непрямозубые передачи большей частью применяют в установках, требующих высоких окружных скоростей и передачи больших мощностей.

·        По конструктивному оформлению различают закры­тые передачи, размещенные в специальном непроницаемом корпусе и обес­печенные постоянной смазкой из масляной ванны, и открытые, работаю­щие без смазки или периодически смазываемые консистентными смазками.

·        По величине окружной скорости различают: тихо­ходные передачи (v равной до 3 м/с), среднескоростные (v равной от 3... 15 м/с) и быстроходные (v более 15 м/с).

Термическая обработка стали марки 38ХА

В данном варианте моей курсовой работы мы обрабатываем деталь из стали марки 38ХА токами высоких частот (ТВЧ). При поверхностной закалке ТВЧ нагрев проводится до более высокой температуры, чем при обычной объемной закалке. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, при очень большой скорости нагрева температуры критических точек, при которых происходит переход перлита в аустенит, повышаются, а во-вторых, нужно, чтобы это превращение успело завершиться за очень короткое время нагрева, а чем выше температура, тем быстрее оно происходит. Так, например, при печном нагреве со скоростью 2—3°С/с температура нагрева под закалку стали 50ХА составляет 840—860°С, при нагреве ТВЧ со скоростью 250°С/с — 880—920°С, а при скорости 500°С/с— 980—1020°С.

Несмотря на то, что нагрев при высокочастотной закалке проводится до более высокой температуры, чем при обычной, перегрева металла не происходит. Это объясняется тем, что время высокочастотного нагрева очень короткое, и зерно в стали не успевает вырасти. С другой стороны, благодаря более высокой температуре нагрева и более интенсивному охлаждению твердость после закалки ТВЧ получается выше примерно на 2— 3 единицы по Роквеллу. Это обеспечивает более высокую прочность и износостойкость поверхности детали.

Наряду с этим действует еще один важный фактор, способствующий повышению эксплуатационной прочности деталей, закаленных с помощью ТВЧ. Это появление на поверхности сжимающих напряжений благодаря образованию мартенситной структуры. Чем меньше глубина закаленного слоя, тем в большей мере проявляется действие таких напряжений.

Кроме этого, высокочастотная закалка дает и другие важные преимущества: высокую производительность; легкость регулирования толщины закаленного слоя; минимальное коробление; почти полное отсутствие окалины; возможность полной автоматизации всего процесса; облегчение условий труда; возможность размещения закалочной установки в потоке механической обработки. Наиболее часто поверхностной высокочастотной закалке подвергают детали, изготовленные из углеродной стали с содержанием 0,4—0,5% С, а сталь 50ХА содержит 0,5% С. Эти стали после закалки имеют поверхностную твердость HRC 55—60, а для данной стали необходимо 54..58 HRC.

ТВЧ закалка происходит следующим образом: деталь, которую следует закалить, помещается в электромагнитное поле внутри медной трубки, которая согнута по форме необходимой детали, при этом индуктируются переменные токи высокой частоты, они (токи) оттесняются к поверхности детали изнутри возникшим переменным магнитным током. Так как индуктированные токи на поверхности нагреваемой детали имеют очень высокую плотность, то происходит быстрый нагрев поверхностного слоя.

9. Заключение

Надежность и долговечность оборудования ракетно-космической отрасли, металлоконструкций находятся в непосредственной зависимости от качества изготовления составляющих их элементов, деталей и узлов. В процессе эксплуатации, взлета, нахождения на орбите космическая техника подвергается воздействию статических, динамических и циклических нагрузок, влиянию агрессивных сред, работают при экстремально высоких и низких температурах, находятся в условиях интенсивного износа.

Таким образом, эксплуатационная надежность космической техники находится в прямой зависимости от прочности, износостойкости, термо- и коррозионной стойкости составляющих их элементов. В целях повышения этих характеристик необходимо правильно выбирать материалы деталей, совершенствовать их конструкцию, устранять неточности сборки, улучшать методы холодной и горячей обработки.

Для современного производства характерны высокие требования к свойствам материалов, обусловленные постоянным ростом производства, повышением производительности технологических процессов и связанной с ними необходимости изготовления крупногабаритного и сложного оборудования. Этим высоким требованиям лишь в редких случаях могут отвечать материалы в состоянии поставки. Основная часть ответственных конструкционных элементов нуждается в упрочнении или стабилизации эксплуатационных свойств, не изменяющихся с течением времени, поэтому одним из способов повышения механических и физико-химических свойств металлических материалов является термическая обработка.

Термической обработкой металлов (термообработкой) называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлов и металлических сплавов. Термообработку проводят с целью изменения структуры и соответственно свойств металлов и сплавов в заданном направлении. Термическая обработка применяется для целенаправленного изменения структуры материала, а именно, фазового состава и перераспределения компонентов, размеров и формы кристаллических зерен, вида дефектов, их количества и распределения, что позволяет, в конечном счете, достаточно легко получать требуемые свойства материалов.

Следует отметить, что изменение структуры и соответственно свойств возможно не только под воздействием тепла, но и под влиянием других внешних факторов, например, при проведении химической, механической, радиационной, электромеханической и других видов обработки.

Важно помнить, что свойства металлов и сплавов зависят не только от их структуры, но и от их химического состава, который формируется в ходе проведения металлургических и литейных процессов. При термической обработке химический состав остается неизменным, лишь иногда при неправильно выбранном составе защитной среды и температурно-временных параметров термообработки изменяется химический состав на поверхности заготовок и изделий в результате протекания процессов обезуглероживания, науглероживания или окисления.

Задачами термической обработки являются ликвидация внутренних напряжений в металлах и сплавах, улучшение обрабатываемости резанием или давлением, повышение механических и эксплуатационных свойств и др..

Термической обработке подвергают заготовки, полуфабрикаты и готовые изделия. Номенклатура изделий, чрезвычайно широка – от крепежных изделий до крупнейших отливок и поковок статического и динамического нефтехимического оборудования.

Наиболее распространенными сплавами на основе цветных металлов являются сплавы на основе никеля, титана, алюминия и меди.

Необходимо понимать, что для одного и того же материала, т.е. материала с одним химическим составом, благодаря проведению различных режимов термической обработки можно получить несколько разных структур, обладающих абсолютно различными свойствами. Улучшение механических свойств с помощью термообработки дает возможность шире использовать сплавы более простых составов. Термообработкой можно увеличить допускаемые напряжения, уменьшить массу деталей и механизмов, повысить их надежность и долговечность.

В основе современной классификации видов термической обработки лежат представления о фазовых и структурных изменениях в сплаве.

Термическая обработка подразделяется на собственно термическую, термомеханическую и химико-термическую.

Собственно термическая обработка включает в себя следующие основные виды: отжиг 1-го рода, отжиг 2-го рода, закалку, отпуск. Нормализация несколько выпадает из общей классификации, т.к. имеет особенности при применении к сталям разной степени легированности.

По количеству проводимых операций термообработка может быть простой и состоять из одной из указанных операций или может быть сложной и состоять из нескольких операций.

По объему нагреваемого изделия термическая обработка может быть как полной (иначе объемной), т.е. нагреву подвергается все изделие, так и местной, когда нагревается локальный участок изделия.

По назначению термическую обработку подразделяют на предварительную и окончательную.

Цель предварительной (иначе промежуточной) обработки – предотвращение появления дефектов (флокенов, трещин) в металле после его обработки давлением в горячем состоянии и снижение твердости металла для облегчения проведения последующей механической обработки, например, обработки резанием, а также уменьшение остаточных напряжений и подготовки структуры под окончательную термическую обработку.

При окончательной термической обработке в металле формируется необходимая структура, обеспечивающая получение требуемого уровня физико-механических свойств готового изделия.

При незначительных затратах на термическую обработку (обычно не превышающих 2 – 4% полной себестоимости) результаты ее могут оказывать большое влияние на трудоемкость и стоимость работ на смежных участках производства. В связи с этим многие производители предпочитают не проводить термическую обработку, что позволяет им сократить технологический процесс изготовления изделия. Иногда это и с научной, и с практической точки зрения оправдано, но иногда – нет. Термическая обработка должна стать обязательной в тех случаях, когда снижение рабочих характеристик изделия, а также высокий уровень остаточных напряжений могут превысить допустимые пределы и привести к катастрофическому и необратимому разрушению металла.

10. Список литературы

1.     Горбацевич А. Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. - М.: Машиностроение, 1981.

2.     Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1980.

3.     Марочник сталей и сплавов/ В. Г. Сорокин,  А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др.; Под общей редакцией В. Г. Сорокина – М.: Машиностроение, 1989 – 640 с.

4.     Марочник сталей и сплавов. 2 – е изд., доп. и испр. / А. С. Зубченко, М. М. Колосков, Ю. В. Каширский и др.. Под общей редакцией  А. С. Зубченко – М.: Машиностроение, 2003, 784 с.: илл.

5.     Семёнов Е. И. Ковка и объёмная штамповка. – М.: Высшая школа, 1972.

6.      Зуев В. М. Термическая обработка металлов. – М.: Высшая школа, 2001.

7.      Дальский А.М., Барсукова Т.М. и др. Технология конструкционных материалов. – М.: Машиностроение, 1993.

8.      Дюмин Г. Е., Трегуб Н. Н. Ремонт автомобилей. – М.: Машиностроение, 2000.

9.     Попова Г.Н., Алексеев С.Ю. Машиностроительное черчение /Справочник. – СПб.: Политехника, 1994.

10.                        Мягков В.Д. Допуски и посадки: Справочник: В 2 ч. - Л., 1978.

11.                        Технологический процесс термической обработки стальных заготовок и деталей машин: Методические указания к курсовой работе по материаловедению /Сост. В. А. Плотников. - Омск., 2001.

12.                        Разработка технологического процесса изготовления штампованной заготовки /Сост. В. А. Плотников, М.Я. Швец. - Омск, 1987.

13.                        Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1987.