Термическая обработка стали

ОГЛАВЛЕНИЕ 

    Введение...…………………………………………………………………………5 

1. Технологическая часть

 

1. Условия работы прошивных пуансонов.…………………………..………6
2. Обоснование выбора материала…………………………………………....8
3. Описание стали 4Х5МФС…………………………………………………..9

1.3.1 Назначение и особенности химического состава стали………………….9

1.3.2 Механические свойства стали…………………………………………….11

1.3.3 Технологические свойства стали 4Х5МФС……………………………...13

4. Технологическая схема обработки прошивных пуансонов……………..15
5. Выбор и обоснование параметров термической обработки……………..16

1.5.1 Закалка……………………………………………………………………...17

1.5.2 Отпуск………………………………………………………………………18

6. Контроль качества термической обработки……………………………...19
7. Возможный брак и способы его устранения……………………………..20

 

2.  Выбор,  описание и расчет основного,  дополнительного и вспомогательного оборудования 

    2.1 Выбор и расчет необходимого количества оборудования………………...23

 2.2 Описание выбранного оборудования……………………………………….26

 2.2.1 Описание основного оборудования………………………………………26

 2.2.2 Описание дополнительного и вспомогательного оборудования……….30

 2.2.2.1 Дополнительное  оборудование…………………………………………30

 2.2.2.2 Вспомогательное оборудование………………………………………...31

    2.3 Расчет нагрева металла………………………………………………………33

    2.4 Тепловой расчет электродной печи–ванны СП–35/15…………………….36 

3.  Автоматизация……………………………………………………………......47

4. Планировка участка цеха…………………………………………………….49

.

     Библиографический список …………………………………………….…….51

     Приложения                          

1. Чертеж основного оборудования на 1 листах формата А1
2. Чертеж планировки участка на 1 листе формата А2
3. Схема автоматизации на 1 листе формата А3
4. Спецификация на 2 листах формата А4
5. Чертеж детали прошивного пуансона А4

 
 
 

Введение 

     Термическая обработка применяется в металлургии, машиностроении, и других важных отраслях промышленности. Она является неотъемлемым элементом технологического процесса полуфабрикатов, изделий и инструмента, определяет их надежность и долговечность в условиях эксплуатации.

     Важным видом обработки материалов является обработка металлов давлением. Благодаря повышению требований к качеству деформирующего инструмента и развитию современных промышленных мощностей существенно сокращены время, затрачиваемое на ту или иную операцию, а также повышено качество изготавливаемой продукции.

     Рассматриваемые в данной курсовой работе прошивные пуансоны являются штамповым инструмент для горячего деформирования. Качество инструмента для прошивки существенным образом зависит от условий проведения термической обработки на машиностроительных заводах.

     В настоящем курсовом проекте произведен выбор марки стали для штампового инструмента, режим их термической обработки. А также осуществлено проектирование цеха термической обработки прошивных пуансонов с годовой программой 700 т. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

1. Условия работы прошивных пуансонов и предъявляемые к ним требования

 

     Прошивные пуансоны - это штамповый инструмент для горячего деформирования, работающий в условиях одновременного циклического воздействия высоких температур и удельных давлений при динамическом характере нагружения [1].  По сравнению с молотовыми штампами, штамповый инструмент для горячей высадки, протяжки, прессования и выдавливания находится более длительное время в соприкосновении с горячим металлом, нагревается до более высоких температур и испытывает при работе высокие давления без больших ударных нагрузок. 

     При работе пуансона для прошивки нелегированных  сталей на него оказываются следующие воздействия:

1. высокие температуры нагрева (может доходить до 500 ˚С);
2. циклическое воздействие напряжений от знакопеременных усилий при деформации;
3. высокие действующие напряжения, уровни которых приближаются к пределам текучести штамповых сталей для горячего деформирования;
4. термические напряжения, определяемые условиями нагрева и охлаждения штампов;
5. химическое взаимодействие деформируемых материалов.

     Таким образом, материалы из которых будет  изготовлен штамповый инструмент для горячего деформирования должны обладать следующими эксплуатационными свойствами:

     – высокой теплостойкостью, определяющей сопротивление стали пластической деформации, смятию при нагреве. Теплостойкость обеспечивает сохранение необходимых прочностных свойств при нагреве. Она характеризуется пределом текучести сталей при температурах деформирования;

     –   высокой вязкостью, которая определяет сопротивление стали хрупким разрушениям после термической обработки на твердость HRC 45– 50 и характеризуется чаще всего ударной вязкостью;

     –   окалиностойкостью и сопротивлением коррозии под напряжением;

     – сопротивлением термической усталости (разгаростойкостью). Разгаростойкость характеризуется устойчивостью против образования трещин при многократном нагреве и охлаждении. При каждом цикле штамповки в момент разогрева поверхностные слои испытывают сжимающие напряжения, так как их тепловое расширение затруднено менее нагретыми глубинными слоями. В первый момент охлаждения охлаждаемый слой тоньше, чем разогретый слой металла. В результате этого в охлаждаемом слое появляются растягивающие напряжения. Многократное повторение действия напряжений, обусловленных сложным характером циклического температурно–силового воздействия, приводит к усталостной повреждаемости путем образования сетки разгарных трещин на рабочих поверхностях.

     А также к штамповому инструменту  предъявляются следующие технологические свойства:

     – минимальной деформируемостью при термической обработке;

     – широким интервалом закалочных температур;

     – высокой закаливаемостью и прокаливаемостью;

     – устойчивостью против обезуглероживания  и окисления;

     – удовлетворительной обрабатываемостью  давлением, резанием;

     – удовлетворительной  шлифуемостью.

     Так как прошивной пуансон, эскиз  которого приведен на рисунке 1, в процессе работы нагревается до высоких температур и испытывает высокие действующие напряжения, не подвергаясь значительным ударным нагрузкам, то преобладающими требованиями к стали, предназначенной для их изготовления, являются высокая прочность при рабочих температурах и стойкость против разгара. Повышенная пластичность и теплопроводность, малый коэффициент теплового расширения и высокое положение критических точек также имеют важное значение, так как способствуют уменьшению разгара.

Рисунок 1 – Эскиз прошивного пуансона

     Кроме того, такие стали должны обладать большей устойчивостью против отпуска, чем стали для молотовых штампов. 

2.  Обоснование  выбора материала

 

     В таблице 2 представлены марки сталей, которые могут обеспечить необходимый комплекс свойств прошивных пуансонов, и их химический

состав [2]. 

Таблица 1–Химический состав сталей 4Х5МФС, 4Х5МФ1С, 4Х2В5МФ     (ГОСТ 5950– 73)

   Сталь 4Х2В5МФ относится к группе сталей высокой теплостойкости. Ее используют при горячем деформировании легированных сталей и жаропрочных сплавов в условиях разогрева до 650˚С. Так как пуансон для прошивки нелегированных сталей работает в условиях разогрева до 500– 520˚С, то необходимую теплостойкость смогут обеспечить и менее легированные, и как следствие более дешевые, - это стали 4Х5МФС, 4Х5МФ1С. Они относятся к группе сталей повышенной теплостойкости и вязкости. Сталь 4Х5МФС сохраняет удовлетворительный уровень прочности при длительном нагреве не выше 590˚С [2].

   Из  таблицы 1 видно, что сталь 4Х5МФ1С  имеет сходный химический состав со сталью 4Х5МФС и отличается лишь несколько большим содержанием  ванадия, поэтому является более  дорогостоящей.

     В связи с дороговизной сталей 4Х2В5МФ и 4Х5МФ1С, а также удовлетворительными характеристиками  стали 4Х5МФС, для изготовления прошивных пуансонов, работающих при температурах не превышающими 520°С, выбираем сталь 4Х5МФС. 

3. Описание  стали 4Х5МФС

1.3.1 Назначение и особенности химического  состава стали 

     Назначение: мелкие молотовые штампы, крупные (сечением более 200мм) молотовые и прессовые  вставки при горячем деформировании конструкционных сталей и цветных  сплавов в условиях крупносерийного  и массового производства, инструмент для высадки и выдавливания, пресс– формы литья под давлением алюминиевых, а также цинковых и магниевых сплавов.

     На  изотермической диаграмме, приведенной  на рисунке 2, при температурах выше мартенситной точки отчетливо видны два кинетических максимума, соответствующих диффузионному и промежуточному превращениям.

     Для обеспечения высокой прочности, а, следовательно, и требуемой закаливаемости в стали для горячих штампов должно содержаться достаточное количество углерода. Однако углерод понижает не только пластичность и вязкость стали, но и ее теплопроводность и стойкость против термической усталости. Поэтому содержание углерода в стали 4Х5МФС ограничивается 0,32– 0,40%. Химический состав стали приведен в таблице 2. Видно, что сталь 4Х5МФС легирована карбидообразующими элементами (хромом, ванадием, молибденом), повышающими стойкость против отпуска, а из элементов не образующих карбидов используется кремний. Хром придает стали хорошую окалиностойкость и повышенную износостойкость при нагреве. Молибден способствует уменьшению склонности стали к обратимой отпускной хрупкости при охлаждении после отпуска. Кремний, заметно повышающий критические точки, способствуют уменьшению разгара [1]. Температура критических точек стали 4Х5МФС представлена в таблице 3.