Технологія термічної обробки сталі

ЗМІСТ 

Вступ                                                                                                                        3

1 Сутність технології термічної обробки сталі                                                    5

1.1 Опис  технології термічної обробки сталі                                                       5

1.2 Режим термічної обробки сталі                                                                       6

1.3 Основні складові технологічного процесу                                                     7

2 Види  термічної обробки сталі                                                                             9

2.1 Відпал                                                                                                                9

2.2 Нормалізація                                                                                                    11

2.3 Гартування                                                                                                       12

2.3 Загартовуваність і прогартовуваність                                                           14

2.5 Поверхневе  гартування сталі                                                                         16

2.6 Відпуск                                                                                                             18

2.7 Відпускна  крихкість                                                                                        20

Висновок                                                                                                                 23

Література                                                                                                               24

 

      ВСТУП 

     Машинобудування — провідна галузь промисловості, яка  забезпечує випуск різноманітних машин і устаткування для багатьох галузей господарства і населення. Машинобудування визначає науково-технічний прогрес у національній економіці, забезпечує її технічне переозброєння, інтенсифікацію і підвищення ефективності всього суспільного виробництва.

     Продукція машинобудівної галузі складається  з багатьох деталей і агрегатів. Виготовити їх на одному заводі неможливо, простіше і дешевше випускати  окремі деталі на різних підприємствах, тому машинобудівні заводи мають  переважно вузьку спеціалізацію (подетальну і предметну). Для випуску готової продукції підприємства встановлюють між собою коопераційні зв'язки (поставки деталей, комплектуючих матеріалів, сировини). Такими зв'язками може бути охоплено десятки, а іноді й сотні підприємств.

     Технологічні  процеси на підприємствах машинобудування подібні, незважаючи на різну продукцію, яку вони випускають. Кожен великий завод має чотири основні цехи: ливарний, ковальсько-пресовий, механічний та складальний. У першому з металу відливають різні деталі, у другому — деталі штампують або кують із прокату чи злитків, у третьому — 'їх обробляють, а в четвертому — складають готові вироби. 

     Більшість галузей машинобудівного комплексу  належить до трудомістких, тобто таких, які потребують відносно небагато сировини, але значних затрат праці на виготовлення продукції. Орієнтація на трудові ресурси — другий принцип розміщення. Постійно зростають вимоги до кваліфікації робочої сили.

     В усіх галузях машинобудування зростає  значення науково-дослідних та дослідницько-конструкторських робіт. Наукомісткість — визначальна риса багатьох сучасних машинобудівних виробництв. Такі виробництва тяжіють до найбільших міст і агломерацій, де сконцентрована наукова база країни.

     Технічний прогрес в машинобудуванні характеризується як покращенням конструкцій машин, так і неперервним удосконаленням технології їх виробництва. Від прийнятої технології залежить надійність роботи машин, а також економічність їх експлуатації.

     Основні задачі:

     - вдосконалення заготівельних процесів  для максимального наближення форми заготовок до конфігурації готових деталей, підвищення точності заготовок та покращення якості їх поверхневого шару;

     - підвищення точності обробки,  якості поверхонь деталей машин; 

     - впровадження засобів автоматизації,  верстатів з числовим програмним керуванням, багатоопераційних верстатів;

     Термічна  обробка є одним з найважливіших  технологічних процесів, що використовується майже в усіх галузях машинобудування. В основі термічної обробки сталей лежить перекристалізація аустеніту при охолодженні. Перекристалізація може відбутися дифузійним або бездифузійним способами. У залежності від переохолодження аустеніт може перетворюватися у різні структури з різними властивостями.

 

      1.1 ОПИС ТЕХНОЛОГІЇ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ СТАЛІ 

     Термічною обробкою називається теплова обробка металів і сплавів, при яких відбувається зміна їх структури і властивостей. За допомогою термічної обробки механічні властивості сталі можуть бути змінені в дуже широкому діапазоні.

      Термічна  обробка є одним з найважливіших  технологічних процесів, що використовується майже в усіх галузях машинобудування.

      Будь  – яка термічна обробка складається  із трьох операцій, що відбуваються послідовно одна за одною:

      1) нагрів до визначеної температури; 

      2) витримка при задані температурі; 

      3) охолодження з різною швидкістю від заданої температури до кімнатної.

      Таким чином, процесами термічної обробки  керують два основних елемента –  температура і час. Тому будь –  який процес термічної обробки можна  представити в вигляді графіка, де на вісі ординат відкладається температура, а на вісі абсцис – часЧас нагріву деталі залежить від конструкції нагрівальної установки. В електричних повітряних печах швидкість нагрівання складає 1,5 – 2 хв. на 1 мм перерізу деталі. В соляних ваннах швидкість нагрівання в двічі вища – 0,8 – 1 хв. на 1 мм перерізу деталі. Час витримки обирають рівним 0,2 часу нагрівання.

      Регулюючи температуру і час, можна здійснити  наступні види термічної обробки:

      - Відпалювання (відпал);

      - Нормалізація;

      - Гартування;

      - Відпускання (відпуск) [1,с. 19-25].  
 

     1.2 РЕЖИМ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ СТАЛІ 

     Режим термічної обробки включає наступні складові: швидкість нагріву, температуру  нагріву, тривалість витримки, швидкість  охолоджування. Швидкість нагріву вибирається залежно від теплопровідності стали (хімічного складу) і форми деталі. Якщо теплопровідність стали висока, то і швидкість нагріву може бути більше. При цьому слід мати на увазі, що у більшості легованих сталей теплопровідність нижча, ніж у вуглецевих, і швидкий нагрів може привести в них до виникнення напруги і тріщин.

     Заготовки або деталі простій форми з  тієї ж причини можна гріти  швидше, ніж складною.

     Температура нагріву залежить від складу стали  і виду термообробки. Для вуглецевих сталей вона може бути визначена по діаграмі Fe3C, для легованих приводиться в довідниках. Відзначимо, що для кожної сталі при певному виді термообробки ця температура величина постійна.

     Етапи виробництва сталі. Процес графітизації - Основи термічної обробки сталей.

     Тривалість  витримки залежить головним чином від розмірів деталей і умов нагріву. При нагріві деталей в газових або електричних печах витримка зазвичай призначається з розрахунку 1,5-2 мин. на 1мм максимальної товщини деталі (за умови що деталі в печі не стикаються один з одним).

     При нагріві в рідких середовищах (наприклад, в соляних ваннах), де умови теплообміну дуже високі, тривалість витримки береться 10-15 сек. на 1мм товщини.

     Швидкість охолоджування зазвичай задають  охолоджуючим середовищем (охолоджування  в печі, на повітрі, в маслі, у воді, в спеціальних середовищах).

     Режим термічної обробки зручно задавати графіком в координатах температура-час [3,с. 98-139].

     1.3 ОСНОВНІ СКЛАДОВІ ТЕХНОЛОГІЧНОГО  ПРОЦЕСУ 

    Технологія  термічної обробки сталі регламентує  зміну температури сталі в часі. Проес термічної обробки часто описують графічно в координатах температура — час. З такого графіка можна довідатись про максимальну температуру нагрівання та про тривалість періодів нагрівання, витримки й охолодження. Технолцогія термообробки повинна забезпечити високу стабільність заданих властивостей сталі, максимальну продуктивність праці та низьку собівартість продукції.

    Технологія  термічної обробки сталі регламентує:

• максимальну температуру нагрівання заготовки t_max;
• допустиму швидкість нагрівання до температури t_max;
• час витримки при температурі нагрівання;
• режим охолодження,
• а також належне технологічне обладнання й засоби контролю.

    Під час нагрівання відбуваються початкові  фазові перетворення, продиктовані кінцевою метою термообробки. З огляду на продуктивність процесу швидкість нагрівання повинна бути максимально допустимою. ї вибирають залежно від теплопровідності сталі, форми та розмірів заготовок, що нагріваються, їх розташування у печі тощо. Що менше в сталі легувальних елементів і простіша конфігурація заготовки, то більша допустима швидкість нагрівання. Швидке нагрівання зменшує утворення оксидів і зневуглецьовування на поверхні заготовки, а також затримує ріст зерен аустеніту. Водночас швидке нагрівання збільшує перепад температур у тілі заготовки, а отже, спричинює неодночасність фазових перетворень, що може призвести до виникнення значних залишкових напружень. Останні нерідко спричинюють жолоблення заготовок і навіть утворення в них тріщин. Для вуглецевих сталей орієнтовна швидкість нагрівання в печах становить 0,8... 1 мм/хв. Нагрівання у соляних ваннах скорочує швидкість нагрівання удвічі. Швидкість нагрівання легованих сталей зменшують на 25...40 % через їх низьку теплопровідність.

    Час витримки при температурі нагрівання t_max потрібен, щоб вирівняти температуру в тілі заготовки та закінчити фазові перетворення. Це приблизно 20 % загального часу нагрівання. Точніше час витримки можна визначити за емпіричними формулами, що їх знайдемо в спеціальній літературі.

    Найчастіше  нагрівають і витримують заготовки в полуменевих і електричних печах різної конструкції або в соляних ваннах; рідше для цієї мети використовують установки опору з безпосереднім нагріванням електричним струмом, установки з нагріванням струмами високої частоти, з нагріванням електронними або лазерними променями та інші.

    Газова  атмосфера полуменевих та електричних  печей може призвести до оксидування  за наявності О₂, СО₂ і Н₂О, відновлення в CO, Н₂ і СН₄, зневуглецьовування в О₂, Н₂, СО₂. У N₂, інертних газах та вакуумі реакції не відбуваються. Щоб уникнути оксидації й зневуглецьовування заготовок у соляних ваннах, до розплавлених солей періодично (один-два рази за зміну) додають дезоксидувальні речовини.