Разработка технологического процесса, термической и механической обработки детали

ГОУ ВПО 

«Липецкий Государственный Педагогический Университет»

Факультет технологии и предпринимательства

Кафедра «Основ производственных технологий»

 
 
 
 
 
 
 
    Тема: Разработка технологического процесса,   термической и механической

обработки детали.

Вариант 1. 
 

Выполнил: студент

II курса гр. Т-21

Болотов Александр

Проверил:

Ярлыкова  З.П. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Липецк, 2009 

Введение.

  Сталь представляет собой сплав железа с углеродом и другими элементами. Содержание углерода в стали должно быть не более 2 %. Сталь можно ковать, окатывать, штамповать, сваривать и паять, из неё можно волочить проволоку, получать различные отливки. Она легко обрабатывается режущим инструментом. Сталь обладает высокой прочностью, вязкостью и пластичностью и поддаётся термической и химико-термичекой обработке.

  Чистое  железо мягко, прочность его не велика, но когда в нём присутствует легирующий элемент, оно становится твёрже и  прочнее. Углерод оказывает большое влияние на свойства железа. Количество его в стали составляет всего 0.2 % (по весу), его присутствие оказывает большое влияние на свойства стали.

  Целью данной курсовой работы является рассмотрение стали марки   20 ХНЗА, свойств, способов её термической обработки стали. В курсовой работе также будет рассматриваться технология механической обработки детали «Рукоятка», которая будет изготавливаться из стали 20 ХНЗА. 
 
 

  КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ

   Конструкционными  называются стали, предназначенные  для изготовления деталей машин, конструкций и сооружений, общим  потребительскими требованиями к конструкционным сталям является наличие у них определённого комплекса механических свойств, обеспечивающих длительную и надёжную работу материалов в условиях эксплуатации, и хороших технологических свойств: обрабатываемость давлением, резанием, закаливаемость, свариваемость и др. Необходимые технологические и потребительские свойства конструкционных сталей, сплавов, в основном, обеспечиваются рациональным выбором химического состава; улучшением металлургического качества, соответствующей термической обработкой, поверхностным упрочнением.

   Стали бывают строительные (арматурные) и  машиностроительные, которые, в свою очередь разделяются на группы общего и специального назначения. По химическому составу стали разделяют на углеродистую и легированную.

   Сталь 20 ХНЗА относится к конструкционным легированным сталям. 
 
 
 

Легирующие  элементы. 
 

 Стали, в которых имеются специальные  присадки легирующих элементов, называются легированными. Легирующие элементы изменяют свойства сталей. Легирование сталей и сплавов используют для улучшения технологических свойств. Легированием можно повысить предел текучести, ударную вязкость, относительное сужение и прокаливаемость, а также существенно снизить скорость салки, порог хладноломкости, деформируемость изделий и возможность образования трещин.

 Легированные  стали имеют более высокую  прочность и износоустойчивость по отношению к углеродистым. Легированные стали широко применяются в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжёлом транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Эти стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций.

  Стали, в которых суммарное содержание легирующих элементов не превышает 2,5 % относятся к низколегированным, содержание 2,5-10 % - легированным, и более 10 % - высоколегированным. Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении легированные конструкционные стали. Легированные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Цифрами, следующими за буквами его среднее содержание в целых единицах. При содержании легирующего элемента менее 1,5 % цифры за соответствующей буквой не ставятся. Буква А в конце обозначения марки показывает на то, что сталь является высококачественной. Буквой Ш - особо высококачественную.

  Основными легирующими элементами являются: 

  А – азот                     Ю – алюминий

                                   Р – бор                         Ф – ванадий

                                В – вольфрам           К – кобальт

                                С – кремний              Г – марганец

                                Х – хром                   М – молибден

                                Д – медь                    Н – никель

                                Б – ниобий                С – селен

                                Т – титан                   У – углерод

                                П – фосфор              Ц – цирконий 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

  Сталь 20ХНЗА —относится к классу высококачественной легированной стали.

  

  Как правило, конструкционные стали  легируют 0,8...1,8% Сг, 1...4,5% N1, 0,9...1,4% Si и 0,8..1,8% Мn. Другие легирующие элементы (0,15..0,45% Мо, 0,5...1,2% W, 0,06...0,12% Ti и др.) вводят в сталь в сочетании с вышеуказанными с целью дополнительного улучшения свойств, наилучшее сочетание которых дает комплексное легирование. Легирование стабилизирует аустенит, уменьшая критическую скорость закалки U_к повышая прокаливаемость. Уменьшение U_к позволяет применять менее резкие охладители — масло, иногда воздух. Это снижает деформацию изделий и опасность трещинообразования (уменьшаются термические напряжения).

  Легирование придаёт конструкционным сталям повышенную сопротивляемость хрупкому разрушению, меньшую чувствительность к концентратам напряжений, пониженную температуру порога хладноломкости, высокую прокаливаемость.

  Обрабатываемость стали резанием характеризуется их механическими свойствами: твердостью, прочностью, пластичностью. Твердость -способность металла оказывать сопротивление проникновению в него другого более твёрдого тела. Наиболее распространены 2 способа определения твёрдости:

• метод Бринелля
• метод Роквелла

 Твёрдость по Бринеллю устанавливается вдавливанием в испытуемых металл стального закалённого шарика под определённой нагрузкой. Полученной таким способом значение твёрдости обозначается буквами НВ. Прибор Бринелля применяется для определения твёрдости в сырых или слабо закалённых металлах, т. к. при больших нагрузках шарик деформируется и показания искажаются.

 

 Твёрдость по Роквеллу определятся вдавливанием в подготовленную ровную поверхность алмазного конуса или закалённого шарика. Значение твёрдости выражается в условных единицах и отсчитывается по чёрной или красной индикаторным шкалам прибора. Для очень твёрдых материалов незначительной толщины применяют алмазный конус с нагрузкой 588 Н, а значение твёрдости определяют по чёрной шкале и обозначают НЯА. Твёрдость закаленных сталей определяют, вдавливая алмазный конус при нагрузке 1470 Н. Испытания твёрдости шариком с нагрузкой 980 Н на приборе Роквелла предусмотрено для мягких незакаленных металлов. В этом случае отсчёт показаний ведут по красной шкале, а твёрдость обозначают НКВ по чёрной шкале и обозначают НКС.

 Прочность - способность металла сопротивляться разрушениям под действием внешних сил. Для определения прочности образец металла установленной формы и размера испытывают на наибольшее разрушающее напряжение при растяжении, которое называют пределом прочности (временной сопротивление) и обозначают [σв] (сигма).

 

 Пластичность - способность металла, не разрушаясь, изменять форму под нагрузкой и сохранять её после прекращения действия нагрузки. При испытании на растяжение пластичность характеризуется относительным

удлинением[δ] (дельта), которое соответствует отношению приращения длины образца после разрыва к его первоначальной длине в процентах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
Технология термической обработки стали.

Термическая обработка стали - это совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых механических сплавов с целью придания им определенных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры. Цель термообработки - это придания сплавам таких свойств, которые требуются в процессе эксплуатации этих изделий. Основное назначение термообработки - это упрочнение металлы. Но есть и такие технологические процессы, в которых термообработка не является конечной операцией, а промежуточная её цель снижение твёрдостей сталей, сплавов для последующей обработки. Процесс термообработки состоит из нагревания до каких-то определенных температур выдержки детали, заготовки с последующим охлаждением с определенной скоростью. Термообработке подвергают заготовки (кованые, штампованные и т. д.), детали машин и различные инструменты. Термообработкой можно повысить допускаемое напряжение, в результате можно уменьшить массу деталей и механизмов, а также существенно повысить их надежность и долговечность, что очень важно в машиностроение.

  Железоуглеродистые  сплавы являются сложными сплавами, составляющимися из различных веществ, называемых компонентами сплавов. При переходе сплава из жидкого состояния в твердое могут получиться различные виды взаимодействия его компонентов, в результате чего образуется та или иная структура, то есть внутреннее строение сплава.