Разработка технологического процесса термической обработки вала распределительного кулачкового двигателя ЗИЛ-130

Высокотемпературный отпуск. Его проводят при 500-680  С. структура стали при высоком отпуске – сорбит отпуска. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали. Его проводят с целью:

• Снижение внутреннего напряжения;
• Снижение твердости для обдирки слитка.

 

              Рисунок 2 - Схема микроструктуры  после улучшения

 

Закалка с высоким отпуском по сравнению  с нормализованным или отожженным состоянием одновременно повышает пределы прочности и текучести, относительное сужение и особенно ударную вязкость. Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением. Отпуск при 550-600С в течение 1-2 часов почти полностью снимает остаточное напряжение, возникшее при закалке. Чаще длительность высокого отпуска составляет 1-6 часов в зависимости от габаритных размеров изделий.

Для конкретной детали (распределительный  вал) режимы термической обработки  состоят из:

Предварительной термической обработки  слитка, которая состоит из высокого отпуска, после чего производится нормализация.

Далее проводится правка детали, которая  устраняет различные искажения  размеров. Далее проводят цементацию, которая заключается в процессе насыщения поверхностного слоя стали  углеродом. Цементация и последующая  термическая обработка одновременно повышают предел выносливости. Поэтому  после цементации проводится окончательная  термическая обработка, которая заключается в высоком отпуске, закалке и низком отпуске.

• Поверхностное упрочнение

Газовая цементация. Этот процесс  осуществляют нагревом изделия в  среде газов, содержащих углерод. Газовая  цементация имеет ряд преимуществ  по сравнению с цементацией в  твердом карбюрезаторе, поэтому  ее широко применяют на заводах, изготавливающих  детали массовыми партиями.

В случае газовой цементации можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса, так как отпадает необходимость нагрева ящиков, наполненных малотеплопроводным карбюрезатором; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процесса и значительно упрощается последующая термическая обработка изделий, так как можно производить закалку непосредственно из цементационной печи.

Наиболее качественный цементированный слой получается при использовании в качестве карбюризатора природного газа, состоящего почти полностью из метана и пропан-бутан смесей, подвергнутых специальной обработке, а также жидких углеродов. Основной реакцией, обеспечивающей науглероживание при газовой цементации, является диссоциация окиси углерода и метана. Процесс ведут при 910-930С, 6-12 часов (толщина слоя 1-1.7 мм).

График режимов термической  обработки: 

 

Т, С

  1000-     

    750-

 

    500-

 

    250-

       0                                                                                                                         

                                                                                                                     , время

 

 

При термической обработке металла  могут возникнуть различные дефекты:

Трещины. При закалке трещины  возникают в тех случаях , когда  внутренние растягивающие напряжения первого рода превышают сопротивление  стали отрыву. Трещины образуются при температуре ниже точки Мм, чаще после охлаждения. Склонность к образованию трещин возрастает с увеличением в стали содержания углерода, повышением температуры закалки  и увеличением скорости охлаждения в температурном интервале мартенситного  превращения.

Другой причиной образования трещин является наличие в изделии концентраторов напряжений (резкое изменение сечения изделия или местные вырезки, углубления, выступы).

Трещины – неисправимый дефект. Для  предупреждения их образования рекомендуется  при конструировании изделий  избегать резких выступов, заостренных  уголков, резких переходов от толстых  сечений к тонким и т.д.; проводить закалку с возможно более низких температур; осуществлять медленное охлаждение в мартенситном интервале температур путем закалки в двух средах, ступенчатые закалки или применить изотермическую закалку; отпуск выполнять немедленно после закалки.

Деформации и коробления. Деформация, т.е. изменение размеров и формы изделий происходит при термической обработке в результате термических и структурных напряжений под действием неоднородных объемный изменений, вызванных неравномерным охлаждением и фазовыми превращениями.

Несимметричную деформацию изделий  в практике часто называют короблением. Оно чаще наблюдается при неравномерном  и чрезмерно высоком нагреве  под закалку, неправильном положении  детали при погружении в закалочную среду и высокой скорости охлаждения в мартенситном интервале температур. Устранение этих причин значительно  уменьшает коробление.

Размеры изделий после закалки  даже при отсутствии коробления не совпадают с исходными значениями. Вызываемую этими изменениями деформацию можно уменьшить подбором соответствующего состава стали и условий термической  обработки (в частности, применением ступенчатой и изотермической закалки)

Виды брака при цементации и  способы его устранения.

Существуют различные виды брака:

          1.чрезмерно большая глубина цементованного слоя. Причины этого: завышенное время выдержки при цементации, применение активного карбюризатора, высокая температура цементации, неравномерная температура в печи.при завышенной глубине цементации брак неустраним.

2.    Заниженная глубина цементованного слоя. Причины: недостаточное время выдержки при цементации, применение недостаточно активного карбюризатора, заниженная температура цементации, неравномерная температура в печи, недостаточная подача газа или керосина в случае газовой цементации.

3.    Повышенная концентрация углерода в цементированном слое. Причины: применение активного карбюризатора и завышенное время выдержки при цементации. Меры предупреждения: соблюдение технологического процесса.

4.    Пониженная концентрация углерода в цементированном слое. Причины: применение недостаточно активного карбюризатора.

5.    Неравномерная глубина цементированного слоя. Причины: зажиренная и грязная поверхность изделия, неправильная упаковка цементационных ящиков, отложение сажи при газовой цементации.

6.    Отслаивание закаленного цементированного слоя. Причина: резкий переход от цементированного слоя к сердцевине, наличие цементитной сетки.

7.    Хрупкость (выкрашивание поверхностного цементированного слоя). Причины этого брака: применение активного карбюризатора, завышенное время выдержки.

8.    Стекловидные наплывы на поверхности изделий. Причины: наличие кварцевого песка в карбюризаторе. Меры предупреждения этого брака: не допускать попадания кварцевого песка в карбюризатор.

цементации. Меры предупреждения: соблюдение технологического процесса.