ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

РАЗРАБОТКА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ

 

П Р Е Д И С Л О В И Е

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

ЗАДАНИЕ

Разработать технологический процесс термической обработки детали …………………………………………………………………….

Марка стали ……………………………………………………………..

Операции термической обработки …………………………………….

Твердость после термической обработки……………………………...

 

1. Расшифровать марку заданной стали, описать ее микроструктуру, механические свойства в состоянии поставки, указать группу стали по назначению.

2. Описать характер влияния постоянных примесей (углерода, марганца, кремния, серы, фосфора, кислорода, азота и водорода) на свойства стали. При наличии легирующих элементов описать их влияние на положение критических точек Ас1, Ас3, Аcm, рост зерна аустенита, закаливаемость и прокаливаемость, на положении точек Мн и Мк, на количество остаточного аустенита и на отпуск.

3. Назначить режим операций термообработки деталей.

4. Описать микроструктуру и механические свойства материала детали после обработки.

5. Построить график термической обработки детали в координатах "температура - время".

Данные расчета свести в технологическую карту по прилагаемому образцу.

 

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

При выполнении 1-го пункта задания в расшифровке марки заданной стали указать содержание ее основных элементов, назвать и зарисовать микроструктуру… При выполнении 2-го пункта задания дать анализ влияния постоянных примесей и… Температуру критических точек Ас1, Ас3, Аcm для заданной углеродистой стали определяют по диаграмме состояния…

Таблица 1

Технологическая карта термической обработки детали

Эскиз детали КрасГАУ Кафедра "Детали машин и технология металлов"
  Наименование детали:
Материал:
Габариты детали:
Технические условия:
Режим нагрева и охлаждения  
  Нагревательная печь Время нагрева и выдержки Охлаждающая среда Твердость HRC или НВ
№ операции Наименование операции          
             
             
             
Составил студент: Группа Дата Работу принял: Дата
         
                       

 

 


Таблица 2

Примерный перечень вариантов домашнего задания

  № п/п   Наименование детали   Марка стали Твердость после термообработки HRC (HB)  
Детали трактора
Коленчатый вал 45Г2 56…58 (пов.) (207…255) (серд.)
Поршневой палец 12ХН3А 58…62 (пов.) (331…375) (серд.)
Вал коробки передач 12ХН3А 56…62 (пов.) (255…302) (серд.)
Полуось конической передачи 35ХГС (241…285)
Ось задняя ведущих колес 45ХН (235…311)
Палец звеньев гусеницы 50Г 43…49
Червяк руля 20ХНР 56…62 (пов.) (331…401) (серд.)
Сошка руля 40Х (255…302)
Зубчатое колесо рулевой передачи 12Х2Н4А 58…62 (пов) (331…375) (серд.)
Диск муфты сцепления 45ХН (235…311)
Шатун двигателя 40Х (217…285)
Пружина клапана 50ХФА 42…49
Впускной клапан 40Х9С2 (293…375)
Шарики для подшипника ШХ9 62…64
Детали автомобиля
Коленчатый вал 52…58 (пов.) (248…285) (серд.)
Поршневой палец 15Х 56…64 (пов.) (212) (серд.)
Ось передняя 30Х (269…302)
Полуось 30ХГСА (352…415)
Вал коробки передач 25ХГМ 60…65 (пов.) (363…444) (серд.)
Болт коренных подшипников 40Х (241…311)
Болт шатунный 40ХН (302…352)
Червяк руля 20ХНМ 59…64 (пов.) (293…352) (серд.)
Зубчатое колесо полуоси 18ХГТ 56…62 (пов.) (363…415) (серд.)
Рессора 60С2 (363…444)

Продолжение табл. 2

Шатун двигателя легкового автомобиля 40ХР (223…269)
Шатун двигателя грузового тяжелого автомобиля 18Х2Н4ВА (252…302)
Ролик вала рулевой сошки 18ХН3А 56…62 (пов.) (212…260) (серд.)
Детали сельскохозяйственной техники
Вал 45Г (352…429)
Вал распределительный 50Г 54…56 (пов.) (235…311) (серд.)
Болт специальный (352…429)
Зубчатое колесо 40Х 50…58 (пов.) (321…415) (серд.)
Звездочка цепной передачи 20Х 54…62 (пов.) (146…167) (серд.)
Диск 65Г (321…415)
Пружина автомата 65Г 42…48
Пружинная стойка 70Г (388…444)
Лемех Л65 46…56 (лезв.) (241…302) (тела)
Стрельчатая лапа 65Г 42…49 (лезв.) (352) (тела)
Сегмент У9А 50…56 (лезв.) (311…363) (тела)

Таблица 3

Химический состав и механические свойства (не менее) углеродистой качественной конструкционной стали

 

Сталь С, % σв σ0,2 δ ψ
МПа %
0,05…0,12
10кп 0,07…0,14
0,07…0,14
0,12…0,19
0,17…0,24
0,22…0,30
0,27…0,35
0,32…0,40
0,37…0,45
0,42…0,50
0,47…0,55
0,52…0,60
0,57…0,65
0,62…0,70
0,67…0,75

 

П р и м е ч а н и я:

1. Содержание марганца в сталях 08, 10, 15, 20 составляет 0,35…0,65 %, а в остальных 0,5…0,8 %. Содержание других элементов: 0,17…0,37 % Si (в кипящей стали ≈ 0,7 %), ≤ 0,04 % S (0,035 % в сталях 08 и 10) и ≤ 0,04 % P.

2. Нормы механических свойств относятся к изделиям диаметром или толщиной до 80 мм после нормализации.

 

Таблица 4

Химический состав, термическая обработка (ТО) и механические свойства некоторых цементуемых сталей

  Сталь Содержание элементов % Режим ТО σв σ0,2 δ ψ
C Mn Cr Ni другие tзак, 0С, среда tотп, 0С, среда МПа %
Хромистая сталь
20Х 0,17…0,23 0,5…0,8 0,7…0,9 − − 1. 880, в. м. 2. 770…820, в. м.   180, воз., м.
Хромомарганцевые стали
18ХГТ 0,17…0,23 0,8…1,1 1,0…1,3 − 0,03…0,09 Ti 1. 880…950, воз. 2. 870, м   200, воз., м.
20ХГР 0,18…0,24 0,7…1,0 0,75… 1,05 − − 880, м. 200, воз., м.
25ХГТ 0,22…0,29 0,8…1,1 1,0…1,3 − 0,03…0,09 Ti 1. 880…950, 2. 850, м.   200, воз., м. 1300… 1000… 45…
25ХГМ 0,23…0,29 0,9…1,2 0,9…1,2 − 0,2…0,3 Mo 860, м. 200, воз.
30ХГТ 0,24…0,32 0,8…1,1 1,0…1,3 − 0,03…0,09 Ti 1. 880…950, воз. 2. 850, м. 200, м.
Хромоникелевые стали
12ХН3А 0,9…0,16 0,3…0,6 0,6…0,9 2,75… 3,15 − 1. 860, м. 2. 790, м. 180, воз., м.
                         

 

Продолжение таблицы 4

12Х2Н4А 20Х2Н4А 0,1…0,15 (0,16… 0,22) 0,3…0,6 1,25… 1,65 3,25… 3,65 − 1. 860, м. 2. 760…800, м. 180, воз., м. 0,9 0,8
Хромомарганцевоникелевые стали
15ХГН2ТА 0,13…0,18 0,7…1,0 0,7…1,0 1,4… 1,8 0,03… 0,09 Ti 1, 960, воз. 2. 840, м. 180, воз., м.
Хромоникельмолибденовые стали
18Х2Н4МА   0,14…0,2 0,25…0,55 1,35… 1,65 4,0… 4,4 0,3… 0,4 Mo 1. 950, воз. 2. 860, воз. 200, воз., м.
18Х2Н4ВА 0,14…0,2 0,25…0,55 1,35… 1,65 4,0… 4,4 0,8… 1,2 W 1. 950, воз. 2. 860, воз. 200, воз., м.

 

П р и м е ч а н и е: 1 - первая закалка; 2 - вторая закалка; в. - вода; м. - масло; воз. - воздух.

 

Таблица 5

Химический состав, термическая обработка (ТО) и механические свойства некоторых улучшаемых сталей

 

Сталь Содержание элементов, % Режим ТО σв σ0,2 δ ψ
C Mn Cr Ni другие tзак, 0С, среда tотп, 0С, среда МПа %
Стали, прокаливающиеся в сечениях до 25…35 мм
30Х 0,24…0,32 0,5…0,8 0,8…1,1 − − 860, м. 500, в., м.
40Х 0,36…0,44 0,5…0,8 0,8…1,1 − − 860, м. 500, в., м.
40ХФА 0,37…0,44 0,5…0,8 0,8…1,1 − 0,1…0,18 V 880, м. 650, в., м.
Стали ,прокаливающиеся в сечениях до 50…75 мм
40ХГТР 0,38…0,45 0,7…1,0 0,8…1,1 − 0,03…0,9 Ti 840, м. 550, в., м.
30ХГС 0,28…0,35 0,8…1,1 0,8 1,1 − 0,9…1,2 Si 880, м. 540, в., м.
40ХН 0,36…0,44 0,5…0,8 0,5…0,8 1,0…1,4 − 820, м. 550, в., м.
Стали ,прокаливающиеся в сечениях до 75…100 мм
30ХН3А 0,27…0,33 0,3…0,6 0,6…0,8 2,8…3,1 − 720, м. 530, в., м.
40ХН2МА 0,37…0,44 0,5…0,8 0,6…0,9 1,3…1,7 0,2…0,3 Mo 850, м. 620, воз.
Стали ,прокаливающиеся в сечениях более 100 мм
36Х2Н2МФА 0,33…0,4 0,25…0,5 1,3…1,7 1,3…1,7 0,2…0,3 Mo 0,1…0,2 V 850, м. 600, воз.
38ХН3МФА 0,33…0,4 0,25…0,5 1,2…1,5 3,0…3,5 0,4…0,5 Mo 0,1…0,2 V 850, м. 600, воз.

 

 

П р и м е ч а н и е: в. - вода, м. - масло, воз. - воздух.

 

 

Таблица 6

Состав пружинных сталей, %

Сталь C Mn Si Cr V
65Г 0,62…0,70 0,80…1,20 0,17…0,37 − −
50С2 0,47…0,55 0,60…0,90 1,50…2,00 − −
55С2 0,52…0,60 0,60…0,90 1,50…2,00 − −
60С2 0,57…0,65 0,60…0,90 1,50…2,00 − −
70С3А 0,66…0,74 0,60…0,90 2,40…2,80 − −
55СГ 0,50…0,60 0,80…1,00 1,30…1,80 − −
60СГ 0,55…0,65 0,80…1,00 1,30…1,80 − −
50ХФА 0,46…0,54 0,50…0,80 0,17…0,37 0,80…1,10 0,10….0,20
50ХГФА 0,48…0,55 0,80…1,00 0,17…0,37 0,95…1,20 0,15…0,25
60С2ХА 0,56…0,64 0,40…0,70 1,40…1,80 0,70…1,00 −

 

П р и м е ч а н и е: не указано ограничение содержаний вредных и случайных примесей, которое не должно превосходить следующих значений: S < 0,03…0,04 %; P < 0,03…0,04 %; Ni < 0,3…0,4 %; Cr < 0,3 %.

 

 

Таблица 7

Режимы термической обработки и механические свойства пружинных сталей

  Сталь Температура, 0С Механические свойства стали (не менее)
закалки отпуска σв σ0,2 δ ψ
МПа %
50С2
55С2А
70С3А
60С2ХФА
60С2ВА
60С2Н2А

 

Таблица 8

Состав коррозионностойких сталей, %

 

Сталь C Mn Cr Ni Ti (Nb) Mo Другие
08Х13 < 0,08 0,60…0,80 12…14 − − − −
12Х13 0,09…0,15 0,60…0,80 12…14 − − − −
20Х13 0,16…0,25 0,60…0,80 12…14 − − − −
30Х13 0,26…0,35 0,60…0,80 12…14 − − − −
40Х13 0,36…0,45 0,60…0,80 12…14 − − − −
12Х17 ≤ 0,12 0,60…0,80 16…18 − − − −
08Х17Т ≤ 0,08 0,60…0,80 16…18 − < 0,90 − −
15Х25Т ≤ 0,15 0,60…0,80 24…27 − < 0,90 − −
15Х28Т ≤ 0,15 0,60…0,80 27…30 − < 0,90 − −
12Х18Н8 0,12 1,00…2,00 17…19 8…10 − − −
17Х18Н9 0,13…0,21 1,00…2,00 17…19 8…10 − − −
12Х18Н9Т 0,12 1,00…2,00 17…19 8…9,5 < 0,8 − −
04Х18Н10 0,04 1,00…2,00 17…19 9…11 − − −
08Х18Н10 0,08 1,00…2,00 17…19 9…11 − − −
12Х18Н10Т 0,12 1,00…2,00 17…19 9…11 < 0,8 − −
10Х14Г14НТ 0,10 13…15 13…15 2,8…4,5 < 0,6 − −
12Х17Г9АН4 0,12 8…10,5 16…18 3,5…4,5 − − 0,15…0,25 N
15Х17АГ14 0,15 13,5…15,5 16…18 0,6 − − 0,25…0,37 N
08Х15Н8Ю 0,08 0,8 14…16 8,0…10,0 − − 0,7…1,3 Al
09Х17Н7Ю 0,09 0,8 16…17,5 7,0…8,0 − − 0,5…0,8 Al
10Х17Н13М2Т 0,10 1,0…2,0 16…18 12…14 < 0,8 2,0…3,0 −

П р и м е ч а н и е: во всех сталях S < 0,025 % и P < 0,030 %.

Таблица 9

 

Режимы термической обработки и механические свойства хромистых коррозионностойких сталей

Сталь Термическая обработка HRC σв σ0,2 δ ψ
закалка отпуск отжиг МПа %
Стали мартенситного класса
40Х13 1000…1050, м. 200…300, в. − − − −
30Х13 950…1020, м. 200…300, в. − − − −
20Х13 1000…1050, в. 600…770, м. − −
Стали мартенситно-ферритного класса
12Х13 1000…1050, м. 700…790, м. 850…900, п. −
Стали ферритного класса
08Х13 1000…1050, м. 700…800, м. − −
12Х17 1000…1050, м. 700…800, м. 760…780, в. −
08Х17Т 1000…1050, м. 700…800, м. 760…780, в. −
15Х25Т 1000…1050, м. 700…800, м. 680…770, в. −
15Х28Т 1000…1050, м. 700…800, м. 680…770, в. −

 

П р и м е ч а н и е: м. - масло, в. - воздух, п. - печь.

 

Таблица 10

Механические свойства коррозионностойких аустенитных сталей в закаленном состоянии

 

Сталь σв, МПа σ0,2, МПа δ, % ψ, % Сталь σв, МПа σ0,2, МПа δ, % ψ, %
04Х18Н10 10Х14Г14Н3Т
08Х18Н10 12Х17Г9АН4
12Х18Н10 15Х17АГ14
17Х18Н9          

 

 

Таблица 11

Режимы термической обработки и механические свойства коррозионностойких сталей

аустенито-мартенситного класса

 

Сталь Режим термической обработки, 0С σв, МПа σ0,2, МПа δ, % ψ, %
закалка обработка холодом отпуск - старение
08Х15Н8Ю -70  
08Х15Н8Ю -70
08Х15Н8Ю - -
09Х17Н7Ю - 750 + 550

 

 

Таблица 12

Состав инструментальных сталей пониженной прокаливаемости, %

 

Сталь C Mn Cr Cталь C Mn Cr
У7 0,65…0,74 0,20…0,40 < 0,15 У13 1,25…1,35 0,15…0,35 < 0,15
У8 0,75…0,84 0,15…0,40 < 0,15 Х05 1,25…1,40 0,20…0,40 0,40…0,60
У9 0,85…0,94 0,15…0,35 < 0,15 Х06 1,05…1,14 0,40…0,70 0,40…0,60
У10 0,95…1,04 0,15…0,35 < 0,15 65ХФ 0,60…0,70 0,30…0,60 0,45…0,70
У11 1,05…1,14 0,15…0,35 < 0,15 85ХФ 0,80…0,90 0,30…0,60 0,45…0,70
У12 1,15…1,24 0,15…0,35 < 0,15        

 

 

Таблица 13

Состав инструментальных сталей повышенной прокаливаемости, %

 

Сталь C Mn Si Cr W V
Х 0,95…1,1 < 0,4 < 0,35 1,3…1,6 − −
9ХС 0,85…0,95 0,03…0,6 1,2…1,6 0,95…1,25 − −
ХГСВФ 0,95…1,02 0,7…1,0 0,7…1,0 0,6…1,0 0,8…1,1 0,08…0,15
ХГ 1,3…1,5 0,45…0,70 < 0,35 1,3…1,6 − −
ХВГ 0,9…1,0 0,8…1,0 0,15…0,35 0,9…1,2 1,2…1,6 −
В1 1,05…1,25 0,2…0,4 < 0,35 0,1…0,3 0,8…1,2 −
ХВ5 1,25…1,50 < 0,3 < 0,30 0,4…0,7 4,5…5,5 0,15…0,30

 

Таблица 14

Режимы термической обработки инструментальных легированных сталей

 

Сталь отжиг закалка отпуск
температура, 0С твердость НВ температура, 0С среда охлаждения твердость HRC температура, 0С твердость HRC
Х 770…790 225…207 830…860 масло 150…200 64…61
9ХС 790…810 255…207 820…860 масло 140…160 160…180 65…62 63…61
ХГСВФ 790…810 228…196 820…850 масло 160…180 63…61
ХГ 780…800 241…197 800…830 масло 150…200 64…61
ХВГ 770…790 255…207 800…830 масло 140…160 170…200 65…62 62…60
В1 780…800 229…187 800…850 вода 150…200 64…62
ХВ5 730…750 321…255 800…820 вода 100…120 120…160 66…64 65…64

 

Таблица 15

Состав основных марок быстрорежущих сталей, %

 

Сталь C Cr W Mo V Co
Р18 0,7…0,8 3,8…4,4 17,0…18,5 < 1,0 1,0…1,4 -
Р12 0,8…0,9 3,1…3,6 12,0…13,0 < 1,0 1,5…1,9 -
Р9 0,85…0,95 3,8…4,4 8,5…10,0 < 1,0 2,0…2,6 -
Р6М5 0,82…0,90 3,8…4,4 5,5…6,5 5,0…5,5 1,7…2,1 -
Р3М3Ф2 0,85…1,1 3,6…4,3 2,6…3,3 2,6…3,3 1,5…2,0 -
Р3М3Ф3 1,0…1,15 3,8…4,6 2,2…2,9 2,3…2,9 2,2…2,8 -
Р0М3Ф2 0,9…1,05 4,0…5,0 - 3,2…4,0 2,0…2,6 -
Р0М2Ф3 1,1…1,25 3,8…4,6 - 2,3…2,9 2,6…3,3 -
Р6М5К5 0,80…0,88 3,8…4,3 6,0…7,0 4,8…5,3 1,7…2,2 4,8…5,3
Р6М5Ф2К8 0,95…1,05 3,8…4,4 5,5…6,6 4,6…5,2 1,8…2,4 7,5…8,5
Р9М4К8 1,0…1,1 3,0…3,6 8,5…9,6 3,8…4,3 2,1…2,5 7,5…8,5

 

Таблица 16

Режимы термической обработки инструментов из быстрорежущей стали

 

 

Сталь Закалка Отпуск
температура, 0С твердость, HRC количество аустенита, % температура, 0С число отпусков твердость, HRC
Р18 1270…1290 62…64 63…65
Р12 1240…1260 62…64 63…65
Р9 1220…1240 62…64 63…65
Р6М5 1210…1230 62…64 2-3 63…65
Р0М2Ф3 1190…1220 62…63 63…65

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

Разработать технологический процесс термической обработки сверла

Марка стали: PI8. Операции термической и химико-термической обработки: отжиг, закалка, отпуск,… Твердость после обработки: 1100 HV.

Таблица 17

Технологическая карта термической обработки сверла

Эскиз детали КрасГАУ Кафедра "Детали машин и технология металлов"  
Наименование детали: сверло  
Материал: сталь Р18  
Габариты детали: l = 60 мм, d = 10 мм  
Технические условия: высокая поверхностная твердость не менее 1000 HV, высокая теплостойкость 600…620 0С    
Режим нагрева и охлаждения    
  0С   Нагревательная печь Время нагрева и выдержки, мин   Охлаждающая среда Твердость HRC (НВ)  
№ операции Наименование операции  
Отжиг конвейерная печь с печью до 5000С, далее - воздух (207…255)  
Закалка соляная печь масло 60…62  
Отпуск конвейерная печь воздух  
Цианирование 560…580 соляная печь 15…30 Соли NaCN (KCN) HV 1000 …1100  
Составил студент: Группа Дата Работу принял: Дата  
Иванов И.И. М 21 15. 12. 06. Романченко Н.М. 22. 12. 06.