Термическая обработка коленчатого вала

     Після поліпшення відбувається механічна  обробка, а також шліфування, яке  надає остаточні розміри деталі.

     Після механічної обробки відбувається захист ділянок, які не піддаються азотуванню. На ці ділянки наноситься олово, яке  при температурі азотування розплавляється на поверхні сталі у вигляді тонкої плівки крізь яку не проникає азот.

     Азотуванням називають процес дифузійного насичення поверхневого шару сталі азотом при нагріванні її до температур 500…650°С. Азотування підвищує твердість поверхневого шару деталі, його зносостійкість, границю витривалості та корозійну стійкість.

     Твердість азотованого шару сталі вище, ніж  цементованого та зберігається при  нагріві до високих температур (450…550°С), тоді як твердість цементованого  шару, який має мартенситну структуру, зберігається тільки до 200…225°С.

     Тривалість  процесу азотування залежить від  необхідної товщини азотованого  шару. Чим вище температура азотування, тим нижче твердість азотованого  шару і більша товщина шару (рисунок 5.1). Крім того, чим нижча температура процесу, тим менша деформація деталі при азотуванні.

     Враховуючи  вплив температури процесу, можна  зробити висновок, що для отримання  високої твердості і мінімальної  деформації деталі, для сталі 38ХН3МФА необхідно використовувати низьку температуру азотування (540°С), при якій глибина буде складати 0,5…0,7 мм. При цьому тривалість процесу буде складати 35 годин, а твердість 68-72 HRC. Охолодження деталі після азотування виконують на повітрі. 

1 –  сталь 38ХМЮА; 2- леговані конструкційні  сталі; 3 – вуглецеві сталі 

      Рисунок 5.1 – Вплив температури і тривалості азотування на твердість і товщину азотованого шару [7]

     Залізо з азотом утворює наступні фази згідно діаграми стану Fe-N ( рисунок 5.2)

      
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 5.2 - Діаграма стану Fe-N [7] 

     Мікроструктура  азотованого шару сталі з поверхні: εà γ^/ à α+γ^/ (рисунок 5.3).

-α – азотований  ферит;

-γ' - нітрид Fe₄N, фаза втілення, яка має ГЦК гратку;

-ε - нітрид Fe₃N, фаза втілення, має гексагональну гратку. 
 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 5.3 –  Мікроструктура азотованого шару заліза

     Визначення  тривалості процесів

     Загальна  тривалість операції τ_заг визначається за формулою:

     τ_заг = τ_н + τ_в + τ_охол ,

     де  τ_н – час нагрівання до заданої температури, хв;

            τ_в – час витримки при технологічній температура, хв;

            τ_охол – час охолодження ,с.

     Час нагрівання визначається за формулою:

     τ_н = S * K * f * L_Л,

     де  S - характеристичний розмір виробу, мм;

     K – коефіцієнт форми;

     f – коефіцієнт розташування виробів в нагрівальному пристрої, що впливає на час нагрівання, хв;

     L_Л – коефіцієнт легування сталі.

     S обирається за робочим кресленням і залежить від товщини виробу.

     Коефіцієнт  K обирається за таблицею 4.4. [5]

     Коефіцієнт  f обирається за таблицею 4.5. [5]

     Коефіцієнт  L_Л обирається за таблицею 4.6. [5]

     τ_в визначається за таблицею 4.7. [5] 

     Тривалість  процесу гартування:

     S = 10 мм

     K = 1

     f = 2,2

     L_л = 0,96

     τ_н = 10 * 1 * 2,2 * 0,96 = 21,12 хв

     τ_в = 20 хв

     Охолодження виробів відбувається в маслі, тобто:

     τ_охол = (t _ВК -  t_ВП) / V_ОХОЛ

     V_ОХОЛ = 50°С/с

     τ_охол = (850 – 20)/ 50 = 17 с = 0,28 хв

     τ_заг = 19,2+ 20 + 0,28 = 39,48 хв 

     Тривалість  процесу відпускання:

     S = 10 мм

     K = 1

     f = 2,2

     L_Л = 2,15

     τ_н = 10 * 1 * 2,2 * 2,15 = 47,3 хв

     τ_в = 30 хв

     Охолодження виробів відбувається в маслі:

     V_ОХОЛ = 50°С/с

     τ_охол = (600 – 20)/ 50 = 11,6 с = 0,19 хв

     τ_заг = 43 + 30 + 1,9 = 74,9 хв 
 

     Тривалість  процесу азотування:

     S = 4,5 мм

     K = 1

     f = 2,2

     L_Л = 2,15

     τ_н = 4,5 * 1 * 2,2 * 2,15 = 21 хв

     V_азот=0,02 мм/год

     h_{азот шару}= 0,7 мм

     0,02 мм – 60 хв

     0,7 мм – x хв.

     x==2100 хв

     τ_в =2100 хв = 35 год

     Охолодження виробів відбувається спочатку з піччю

     V_ОХОЛ = 50°С/год

     τ_охол = (540 – 200)/ 50=6,8 год=408 хв

     Охолодження на повітрі

     V_ОХОЛ = 5°С/с

     τ_охол = (540 – 20)/ 5 = 104 с = 1,7 хв

     τ_заг = 21+2100+ 408+1,7 = 2530,7 хв = 42 год 
 

     Карта технологічного процесу  термічної обробки – це основний технологічний документ, котрий дозволяє здійснювати термічну обробку виробів і забезпечувати необхідну якість продукції та її відповідність технічним вимогам. Якісно розроблена і складена карта дозволяє виконавцям (термістам, операторам, контрольним майстрам) здійснювати свої виробничі функції. За її використанням виконавець повинен здійснювати термічне оброблення без консультації із розробником. Карта технологічного процесу термічної обробки наведена в таблиці 5.1. 

Таблиця 5.1 – Карта технологічного процесу  термічного оброблення.

 

     Основне обладнання для нагрівання

     Для гартування виробу колінчастий вал використовується піч СНЗ 3.6.2/9. Ця піч є електричною, камерною, з захисним середовищем. Габаритні розміри: ширина - 0,3 м, довжина – 0,6 м, висота – 0,2 м. Максимальна температура печі складає 900°С.

     Для відпуску виробу використовується піч  СНЗ 3.6.2/7. Ця піч є електричною, камерною, з захисним середовищем. Габаритні  розміри: ширина - 0,3 м, довжина – 0,6 м, висота – 0,2 м. Максимальна температура  печі складає 700°С.

     Для азотування виробу використовується піч  США 8.12/6. Дана піч є електричною, шахтною, з азотованим робочим середовищем. Габаритні розміри: діаметр – 0,8м, висота – 1,2 м. Максимальна температура  печі складає 600°С.

     Основне обладнання для охолодження

     Для охолодження виробу колінчастий вал використовується гартівний механізований бак (при гартуванні).

     Охолодження після відпуску проводиться на повітрі, після азотування – разом з  піччю до 200°С, а далі на повітрі. 

   Додаткове обладнання

1. Обладнання для промивання.

Призначається:

1. для вилучення забруднення перед термічною і хіміко - термічною обробкою;
2. для вилучення робочих речовин з поверхні після термічної обробки.

     Для промивання використовується мийна  машина ММТ.

2. Обладнання для рихтування.

Рихтування  необхідне для усунення короблення

Основне обладнання: преси та машини. 

   Допоміжне обладнання

1. Для створення контрольованої атмосфери: ендогаз (20% CO, 40% H₂, 40% N₂).
2. Для централізованого охолодження гартівних рідин.
3. Прилади та інструменти для контролю виробів. Термічний цех (відділення) повинен мати певний набір приладів та інструментів для повноцінного контролю виробів, в тому числі і неруйнівного контролю. Використовуються твердоміри, мікроскопи, штангенциркулі, магнітопорошкові та ультразвукові дефектоскопи.