Российский  Государственный Университет нефти и газа имени И. М. Губкина

Кафедра металловедения и неметаллических материалов

Курсовая  работа

                                                    Вариант №14

     Кулачки, эксцентрики и некоторые другие детали должны иметь после термической обработки минимальную деформацию и высокую износоустойчивость (твердость поверхности HV 750-1000). Для изготовления выбрана азотируемая сталь 38ХВФЮА.

     Назначить режим термической обработки, дать обоснование выбранному режиму, описать микроструктуру до и после термической обработки. Указать на возможность замены данной стали какой-нибудь другой. 
 
 
 
 
 
 
 

                                                 Выполнил: студент группы ТМ-07-6

                                                                                     

                                                 Проверил: профессор  Бакаева  Р. Д.

                                                       Москва 2009

Содержание.

1. Введение.

2. Задание.

3. Кулачок (эскиз, назначение, условия).

4. Сталь 38ХВФЮА.

5. Влияние легирующих элементов на механические свойства.

6. Технология процесса азотирования стали 38ХВФЮА.

7. Вывод.

8. Список литературы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение. 

Цель работы.

     Целью курсовой работы по технологии конструкционных материалов является освоение выбора конструктивных материалов для деталей машин и инструмента, зная состав, строение материалов и методы придания материалам заданных свойств. 

Тематика  курсовой работы.

     Прогресс  в современной машинной технике  связан с созданием и освоением новых, наиболее экономичных материалов, развитием и внедрением в производство методов упрочнения металлов, расширении сортамента выпускаемых материалов.

     Совершенство производства, выпуск современных разнообразных машиностроительных конструкций, инструмента, специальных приборов и машин невозможны без дальнейшего развития производства стали. В зависимости от назначения сталям предъявляют различные требования. Некоторые из них должны отличаться высокой прочностью другие - пластичностью, высокой износостойкостью и усталостной прочностью. Получение тех или иных свойств определяется структурой. В свою очередь строение стали зависит от состава и характера предварительной обработки, следовательно, между всеми этими характеристиками  существует определённые связи: между составом и строением (первая связь), между обработкой и строением (вторая связь), между строением и свойствами (третья связь).

     Темой  работы является разработка технологического процесса термической обработки стали различного состава применительно к условиям работы данной детали машин и инструмента. С помощью термической обработки можно придавать различные значения свойствам стали без изменения её химического состава.

     Различные  операции термической обработки  характеризуются следующими элементами: скоростью нагрева, температурой  максимального нагрева, продолжительностью  выдержки при температуре нагрева,  скоростью охлаждения. В свою  очередь изменение значения свойств металлов при проведении термической обработки объясняется изменением внутреннего строения, которое испытывает сталь при её нагреве и охлаждении.

2. Задание.

     Кулачки, эксцентрики и некоторые другие детали должны иметь после термической обработки минимальную деформацию и высокую износоустойчивость (твердость поверхности HV 750-1000). Для изготовления выбрана азотируемая сталь 38ХВФЮА.

     Назначить режим термической обработки, дать обоснование выбранному режиму, описать микроструктуру до и после термической обработки. Указать на возможность замены данной стали какой-нибудь другой. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Кулачок (эскиз, назначение, условия).

     Кулачковый механизм - кинематическая пара, применяемая для преобразования вращения в заданный вид движения или изменение положения перемещаемых деталей. Представляет собой комбинацию асимметричных дисков или цилиндров. Используется в различных механизмах, станках и устройствах автоматики (например, для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов автомобильного двигателя, для управления механикой типографского линотипа, для обеспечения движений иглы швейной машины).

     Типичный кулачок – некруглый диск, например яйцевидной формы. При вращении кулачка толкатель движется вперед-назад (или вверх-вниз, в зависимости от плоскости, в которой осуществляются его перемещения), поскольку расстояние от центра кулачка до точки его контакта с роликом толкателя периодически уменьшается или увеличивается.

     Таким образом, вращательное движение кулачка преобразуется в возвратно-поступательное или колебательное движение толкателя и, следовательно, связанных с ним деталей.

     В процессе эксплуатации кулачок испытывает сильные вибрации, удары и трение. Так как кулачок работает в сложных условиях переменных нагрузок, его надежность снижается вследствие изнашиваемости, усталостного разрушения, старения, изменения размеров и форм сопряжений, ухудшения прочности и упругих свойств материалов деталей. 
 
 
 
 

4. Сталь 38ХВФЮА.

     Учитывая то, что кулачок должен иметь высокую твердость и износоустойчивость, для его производства используем сталь 38ХВФЮА. Она относится к специальным сталям (нитраллоям), подвергаемым азотированию. Эти стали содержат элементы, дающие нитриды высокой термической устойчивости (CrN, MoN, A1N).  

     Химический состав стали 38ХВФЮА в %. 

 

    Буква А в конце стали обозначает, что она высококачественная. Это характеризует низкое содержание вредных примесей фосфора и серы.

     Растворяясь  в феррите, фосфор резко повышает  температуру перехода в хрупкое  состояние или иначе – вызывает  хладноломкость стали.

     Сера  нерастворима в железе и любое  её количество образует с железом сернистое соединение – сульфид железа FeS, который входит в состав сернистой эвтектики(Fe+FeS). Она легкоплавкая, хрупкая и расположена по границам зёрен. Это делает сталь хрупкой при 800°C и выше, т.е. в районе температур красного каления. Явление это носит название красноломкости. Вследствие красноломкости сталь с повышенным содержанием серы не поддаётся горячей обработке давлением.  

     Механические свойства стали. 

 
 
 

Структурный класс: сталь 38ХВФЮА относится к перлитному классу. До термической обработки имеет ферритно-перлитную структуру.

Структура: после термической обработки получаем сорбит. 

5. Влияние легирующих элементов на механические свойства.

     Cr увеличивает прокаливаемость, способствует мелкозернистости.

     Mo, W существенно увеличивают прокаливаемость, способствует мелкозернистости стали и повышению свойств в поперечном направлении, препятствует хрупкости, возникающей при медленном охлаждении в процессе отжига.

     Mn существенно увеличивает прокаливаемость.

     Si замедляет процесс разупрочнения при отпуске, увеличивает прокаливаемость, существенно улучшает механические свойства при закалке.

     Ni существенно увеличивает прокаливаемость, повышает сопротивление хрупкому разрушению (сопротивлению отрыву), понижает температуру хладноломкости, повышает вязкость в направлении, поперечном по отношению к волокну, способствует мелкозернистости стали.

6. Технология процесса азотирования стали 38ХВФЮА.

     Процесс азотирования стали 38ХВФЮА состоит из предварительной термической обработки заготовки (закалки и высокого отпуска), механической обработки деталей, защиты участков, не подлежащих азотированию и непосредственно операции азотирования.

1) Предварительная термическая обработка заготовки.

     Эта операция состоит из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной прочности и вязкости в сердцевине изделия.

     До термической обработки сталь имеет перлитную структуру.

     Закалка - нагрев стали выше точки Ас3, выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Для стали 38ХВФЮА температура нагрева будет 850⁰С. Учитывая что критические точки Ас1= 650°C, Ас3=805°C. После нагрева мы должны выдержать и охладить сталь. Охлаждение при закалке должно обеспечивать получение структуры мартенсита и не должно вызывать закалочных дефектов: трещин, деформаций, коробления и высоких растягивающих остаточных напряжений в поверхностных слоях. Для стали 38ХВФЮА охлаждение проводим в масле. Масло как закалочная среда имеет следующие преимущества: небольшую скорость охлаждения в мартенситном интервале температур, что уменьшает возникновение закалочных дефектов и постоянство закаливающей способности в широком интервале температур среды (20-150⁰С). К недостаткам следует отнести повышенную воспламеняемость, недостаточную стабильность и низкую охлаждающую способность в области температур перлитного превращения, а также повышенную стоимость.

     Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.