Выбор нагревательных устройств.
1. Цементация.
Шахтная печь Ц-105. Вид нагрева – электрический. Атмосфера – науглероживающая. Максимальная температура 950 0С.
2. Закалка.
Камерная печь СНО-4.8.2,5/10. Вид нагрева – электрический. Атмосфера – воздушная. Максимальная температура 1000 0С.
3. Отпуск.
Шахтная печь ПН-32. Вид нагрева – электрический. Атмосфера – воздушная. Максимальная температура 650 0С.
Составляем технологическую маршрутную карту на операции цементации и термической обработки цементованных деталей.
Таблица 58
Маршрутная карта термической обработки
| Разраб. | Сдобняков Е.В. | НГТУ | |||
| Согл. | |||||
| Утв. | Сорокин В.К. | Зубчатое колесо | |||
| МО1 | Сталь 20Х ГОСТ4543 | Диаметр 60 мм s0,2 = 800 МПа, | |||
| МО2 | |||||
| А 03 | Цементация | ||||
| Б 04 | Шахтная печь Ц-105 | ||||
| О 05 | Цементовать деталь | ||||
| Т 06 | Корзинка, подвеска | ||||
| А 08 | Закалка | ||||
| Б 09 | Электропечь СНО-4.8.2,5/10 | ||||
| О 10 | Закалить деталь | ||||
| Т 11 | Поддон | ||||
| А 13 | Отпуск высокотемпературный | ||||
| Б 14 | Электропечь ПН-32 | ||||
| О 15 | Отпустить деталь | ||||
| МК | |||||
Справочные материалы
Таблица 47
Нагревательные устройства термических производств
машиностроения (примеры)
| Обозна-чение серии | Тип нагревательного устройства | Конструк-ция устройства | Характер среды | Максимальная рабочая температура, 0С | Назначение при термообработке |
| Вид нагрева – электрический | |||||
| СНО | СНО-4.8.2,5/10 | камерная | воздушная атмосфера | закалка, отжиг | |
| СН3 | СН3-3.6.2/10 | камерная | защитная атмосфера | закалка, отжиг | |
| ОКБ | ОКБ-210 | камерная | защитная атмосфера | закалка | |
| СШ3 | СШ3-6.6/7 | шахтная | защитная атмосфера | отпуск закаленных изделий | |
| ПН | ПН-32 | шахтная | воздушная атмосфера | отпуск закаленных изделий | |
| Ш | Ш-30 | шахтная | воздушная атмосфера | закалка | |
| Ц | Ц-105Б | шахтная | науглероживающая атмосфера | цементация | |
| США | США-6.6/6 | шахтная | аммиак | азотирование | |
| СВС | СВС-2.4.4/10 | ванна электродная | расплавленная соль | закалка | |
| СВГ | СВГ-20/8,5 | печь-ванна | расплавленная соль | отпуск закаленных изделий | |
| Вид нагрева – индукционный | |||||
| МГ3 | МГ3-208АК | машинный генератор ТВЧ | воздух | частота тока 8000 Гц | поверхностная индукционная закалка |
Таблица 48
Время нагрева и выдержки в электрических и газовых печах,
соляных ваннах при закалке стали
| Сечение поперечное (диаметр детали), мм | Продолжительность, мин | ||||
| Печи электрические | Печи газовые | Соляные ванны (жидкая среда) | |||
| Нагрев и выдержка | Нагрев | Выдержка | Нагрев | Выдержка | |
| 1,0 на 1 мм сечения | |||||
Таблица 49
Группы улучшаемых конструкционных сталей по степени нагруженности
деталей машин и механическим свойствам после закалки и высокого отпуска
| Улучшаемые стали (основные разновидности, примеры марок) | Механические свойства сердцевины | |
| Предел прочности, sв, МПа | Предел текучести, s0,2, МПа | |
| 1. Малонагруженные детали машин(прокаливаемость при закалке в сечениях до 10-12 мм; s0,2 < 600 МПа). | ||
| Углеродистые стали марок 35,40,45 | 600…700 | 400…600 |
| 2. Средненагруженные детали машин(прокаливаемость при закалке в сечениях до 20-50 мм; s0,2 < 850 МПа). | ||
| Хромистые: 40Х, 45Х Марганцовистые: 45Г2 Хромомарганцовистые (дополнительно вводят титан или бор): 30ХГТ; 40ХГР | 900…1100 | 700…850 |
| 3. Высоконагруженные детали машин(прокаливаемость при закалке в сечениях до 75-100 мм; s0,2 < 1100 МПа). | ||
| Хромоникелевые: 40ХН Хромоникельмолибденовые: 40ХН2М Хромоникельмолибденованадиевые: 38ХН3МФА | 1000…1200 | 800…1100 |
Таблица 50
Механические свойства некоторых типовых конструкционных
среднеуглеродистых сталей после закалки и высокого отпуска
при температуре 540…600 0С
| Марка улучшаемой стали | Оптовая цена* | tзак, 0С | Среднее значение критического диаметра, мм** | Предназначены для деталей с поперечным сечением, мм | Механические свойства | ||
| s0,2, МПа | sв, МПа | НВ | |||||
| 1,0 | 15…20 | 167…207 | |||||
| 1,0 | 15…20 | 205…210 | |||||
| 40Х | 1,2 | 25…35 | 163…168 | ||||
| 40ХН | 1,6 | 50…75 | 166…170 | ||||
| 30ХГС | 1,4 | 50…75 | 207…217 | ||||
| 40ХН2М | 2,1 | 75…100 | 280…310 | ||||
| 38ХН3МФА | 2,6 | 100…200 |
Примечания:
* Относительные единицы: за 1,0 принята оптовая цена углеродистой качественной стали;
** Диаметр образца, закаливающегося насквозь с получением в центре микроструктуры из 90% мартенсита и 10% троостита.
Таблица 51
Основные способы поверхностного упрочнения деталей машин
| Типовая глубина упрочняемого слоя, мм | Упрочняющая обработка | Твердость поверхностного слоя | |
| HV | HRC | ||
| 0,1…0,2 | Борирование | 1800…2000 | - |
| 0,3…0,5 | Азотирование | 850…1050 | 65…68 |
| 0,2…0,8 | Нитроцементация, закалка и низкий отпуск | - | 58…64 |
| 0,5…1,0 | Лазерное термоупрочнение | 950…1200 | 67…72 |
| 1,5…1,8 | Цементация, закалка и низкий отпуск | - | 58…62 |
| 1,5…2,0 | Объемно-поверхнастная закалка и низкий отпуск | - | 58…61 |
| 1,6…5,0 | Поверхностная индукционная закалка ТВЧ и низкий отпуск | - | 45…55 |
Таблица 52
Группы цементуемых конструкционных сталей по степени
нагруженности деталей машин и механическим свойствам
сердцевины деталей после цементации, закалки и низкого отпуска
| Типовые примеры марок цементуемых сталей | Механические свойства сердцевины деталей | |
| Предел прочности sв, МПа | Предел текучести s0,2, МПа | |
| 1. Малонагруженные детали машин(прокаливаемость при закалке малая; s0,2 < 300 МПа) | ||
| Углеродистые стали марок 10, 15, 20 | 380…460 | 245…300 |
| 2. Средненагруженные детали машин (прокаливаемость при закалке в сечениях 10…20 мм; s0,2 < 700 МПа) | ||
| Легированные стали марок 15Х, 20Х, 15ХР, 20ХН и др. | 730…830 | 590…700 |
| 3. Высоконагруженные детали машин(прокаливаемость при закалке в зависимости от марки стали от 20 до 100 мм; s0,2 < 1080 МПа) | ||
| Легированные стали марок 25ХГТ, 20ХГР, 25ХГМ, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 15ХГН2ТА, 20ХН2М и др. | 980…1270 | 830…1080 |
Таблица 53
Характеристики основных видов поверхностного упрочнения
| Операции упрочняющей термической обработки | Типовая глубина упрочняемого слоя | Твердость поверхностного слоя | Поперечное сечение детали, мм | Предел текучести сердцевины s0,2, МПа | Примеры типовых марок сталей | ||
| HV | HRC | ||||||
| Химико-термическая обработка | |||||||
| Цементация, закалка и низкий отпуск | 1,5…1,8 | - | 58…62 | До 50…60 | 390…830 | 20Х, 25ХГТ, 20ХН2М и др. | |
| Нитроцемен-тация, закалка и низкий отпуск | 0,2…0,8 | - | 58…64 | До 30 | 35Х, 25ХГМ, и др. | ||
Продолжение таблицы 53
| Борирование | 0,1…0,2 | 1800… | - | До 150 | Зависит от марки стали и термообработки | Конструк-ционные стали (40Х, 30ХГСА и др.) | |
| Азотирование | 0,3…0,5 | 850… | 65…68 | До 60…200 | 880…590 | 38Х2МЮА и др. | |
| Поверхностная термическая обработка | |||||||
| Поверхностная индукционная закалка (закалка с нагревом ТВЧ) и низкий отпуск | 1,6…5,0 | - | 45…55 | 40…100 | 40Х, 45 и др. | ||
| Объемно-поверхностная индукционная закалка с глубинным нагревом и низкий отпуск | 1,5…2,0 | - | 58…61 | 55ПП | |||
| Лазерная закалка (термоупрочнение) и низкий отпуск | 0,5…1,0 | 950… | 67…72 | 16…25 | 460…780 | 45, 45Х и др. | |
Таблица 54
Механические свойства в сердцевине некоторых типичных цементуемых
сталей после цементации и низкого отпуска при 180…200 0С
(по данным Ю.М. Лахтина)
| Марка стали | Рекомендуемое максимальное поперечное рабочее сечение, мм | Температура закалки, 0С | Механические свойства | |||
| sв, МПа | s0,2, МПа | d, % | Y, % | |||
| 20Х | ||||||
| 18ХГТ | ||||||
| 20ХГР | 40…60 | |||||
| 20ХГМ | 60…80 | |||||
| 30ХГТ | 60…80 | |||||
| 12Х2Н4А | 100…120 | |||||
| 18Х2Н4МА | более 120 |
Таблица 55
Данные по поверхностной индукционной закалке
| Диаметр изделия, мм | Рекомендуемая глубина закаленного слоя, мм | Глубина закаленного слоя, мм | Рекомендуемая частота тока, Гц | |
| 1,6…3,1 | 1,5 | 25000* | ||
| 2,3…3,9 | 2,0 | 15000* | ||
| 2,6…4,5 | 3,0 | 8000** | ||
| 2,9…5,0 | 4,0 | 4000** |
Генератор тока: * ламповый или
машинный; ** машинный.