Сталь50Г2

Из рис. 6 определяем для стали 50Г2 HRC_50m = 56, HRC_{99, 9М}=44. Отложив по оси ординат на рис. 5 значения твердости HRC_50m = 56, а для мартенсита по оси ординат на рис. 1 значения твердости HRC_{99, 9m}=44, проводим горизонтали до пересечения с кривыми HRC = f(h). Спроектировав полученные точки пересечения на ось расстояний, получим, что расстояние дополумартеиситной зоны = 40 мм, а для мартенсита =27 мм. (см. рис. 5).

Для определения D₅₀ используем диаграмму на рис. 7 в воде D_k = 122 мм, в масле D_k =82 (см. рис.7). Чтобы определить критические диаметры, для стали с содержанием 95 % M(D₉₅) и 99, 9 % M(D₉₉, ₉) можно воспользоваться графиком на рис. 8. Из графика мы узнаем D₉₅=80, D_{99, 9}=53 для воды, и для масла D₉₅=65, D_{99, 9}=40.

В таблице 10 наглядно показаны критические диаметры для D50, D95, D99.5 в охладителях масле.

Таблица 10

Критический диаметр сталей марок 30Г2, 40Г2, 50Г2

2.2. Расчет прокаливаемости по номограмме М. Е. Блантера

При расчетах по второму варианту на основании данных о толщине мартенситной и полумартеиситной зоны, указанной в приведенных ниже или предварительно экспериментально определяемых по способу торцевой закалки, рассчитывают критический диаметр цилиндрической детали (с различным отношением высоты к диаметру), шара или параллелепипеда для различных условий охлаждения при закалке.

Для решения задачи используется специальная номограмма (номограмма М. Е. Блантера). В ее верхней части (приложение 1) даны две шкалы I и II, характеризующие расстояние от охлаждаемого торца образца. Для определения наибольшего диаметра (называемого критическим) или детали, прокаливающихся полностью по сечению с образованием мартенситной структуры, используют шкалу II, а для определения наибольшего диаметра (толщины) для полумартенситной зоны (50 % мартенсита и 50 % троостита) — шкалу I.

На шкале I или соответственно шкале II находят расстояние от торца до конца мартенситной и полумартенситной зоны. Схема пользования номограммой приведена на рис. 10.

На шкале I или соответственно шкале II находят расстояние от торца до конца мартенситной и полумартенситной зоны, найденное экспериментально для данной стали или по данным рис.1, 5-6.

Из этой точки опускают перпендикуляр до пересечения с линией на номограмме (точка I на номограмме М.Е. Блантера), указывающей идеальное охлаждение (идеальную закалочную жидкость, т. е. жидкость, которая обеспечивала бы высокую и равномерную скорость охлаждения от температуры закалки до +20 °С). Из этой точки проводят горизонтальную линию влево до пересечения с линией номограммы (точка 2), соответствующей нужной в искомом случае среде охлаждения (вода, масло, воздух). Затем из точки 2 опускают перпендикуляр на шкалу «размер, мм» (в нижней части диаграммы). В точке пересечения читается ответ — наибольший диаметр (толщина) образца, прокаливающегося полностью в выбранной закалочной жидкости с получением полумартенситной или мартенситной структуры.

Критический диаметр определяем по номограмме Блантера. Данные о прокаливаемости в различных видах охладителей, у которой расстояние до полумартенситной зоны равно ≈ 30, 32, 40 мм, для мартенситной зоны ≈ 13, 15, 27 мм приведены в таблице 11. (для сталей 30Г2, 40Г2, 50Г2).

Таблица 11

Критические диаметры сталей марок 30Г2, 40Г2, 50Г2 по диаграмме

М. Е. Блантера

* 1. Идеальное охлаждение α → ∞, 2- 5% NaOH в воде 20 ⁰С, 3- 5% NaCl в воде 20 ⁰С, 4- вода 20 ⁰С, 5- вода 40 ⁰С, 6- вода 60 ⁰С, 7- минеральные масла, 8- вода 80 ⁰С, 9- воздух

Строим графики прокаливаемости полумартенситной и мартенситной зоны от охлаждающей среды.

В таблице 12 приведены данные о том, в каких охладителях для валов из сталей 30Г2, 40Г2, 50Г2, будет получена мартенситная и полумартенситная структуры при различных диаметрах представлены в таблице.

Таблица 12

Прокаливаемость образцов марок сталей 30Г2, 40Г2, 50Г2

3. Разработка технологического процесса термической обработки детали " Шток"

В данной работе для разработки режима термической обработки выбрана деталь «Шток». Штоком называют деталь, применяемую для соединения поршня с крейцкопфом

В современных конструкциях компрессоров применяют в основном односторонние штоки, которые представляют собой цилиндрическую деталь с участками различного сечения по длине. На переднем конце штока (со стороны крейцкопфа) выполнена резьба, с помощью которой он закрепляется в резьбовом отверстии крейцкопфа. Для фиксации поршня на штоках предусматривают упорный цилиндрический бурт и специальную гайку, навинчиваемую на задний конец штока (со стороны поршня) до упора в торцевую поверхность поршня. Переход от бурта к штоку выполняют по плавному радиусу с заглублением в тело бурта и штока. Для обеспечения герметичности применяют глухую гайку с притиркой ее торцевой поверхности по поршню, либо уплотняют посредством угловой прокладки в сопряжении гайка-шток-поршень. Особое внимание необходимо уделять фиксации гайки, самоотвинчивание которой может привести к серьезной аварии. Гайка, навинченная на шток, фиксируется на поршни только при условии, что поршень в свою очередь зафиксирован на штоке, так как в противном случае возможно самоотвинчивание гайки с одновременным проворачиванием поршня. Если поршень не зафиксирован, то самоотвинчивание гайки предотвращают стопорением ее на штоке. Для этого на штоке предусматривают паз, в который отгибают закраину гайки, выступающую над ее торцевой поверхностью.

Посадка поршня на шток осуществляется свободно или с натягом. В последнем случае для обеспечения герметичности в соединении производят притирку поршня и бурта штока. Отсутствие герметичности по штоку при дисковом поршне может привести к перетечкам газа из передней полости в заднюю и наоборот, а при наличии у поршня разрезной ступицы внутренняя полость поршня может играть роль дополнительного мертвого пространства ступени. Последнее особенно важно на ступенях высокого давления.

Крепление поршня на штоке должно быть напряженным в целях исключения возникновения осевого зазора и возможности ударов между упорным буртом или гайкой штока и поршнем под действием нагрузок, при которых шток растянут, а поршень сжат. Образованию зазора способствует различие температурных деформаций штока и поршня. Площадь упорной поверхности бурта выбирают исходя из давления газа на поршень. Резьбу на штоке для уменьшения концентрации напряжения выполняют мелкой и со скругленными впадинами. Для увеличения прочности штока резьба выполняется путем накатки после термической обработки. По условиям работы сальника шток изготавливают с поверхностным упрочнением, а затем шлифуют и полируют. Для повышения поверхностной твердости и износоустойчивости производят азотирование.

В отдельных конструкциях компрессоров для сокращения осевого размера и компенсации технологических погрешностей применяют штоки, у которых передний конец выполнен в виде вилки, соединяющейся при монтаже непосредственно с пальцем крейцкопфа. Однако в этом случае требуется увеличение площади сечения пальца, поскольку при одинаковом усилии и большей его длине возрастают изгибные напряжения.

Штоки изготовляют из сталей 35, 45, 38ХА. Иногда применяются легированные стали с более высокими механическими свойствами. Штоки, подлежащие азотированию, изготовляют из сталей 35ХМЮА, 38ХМЮА или 35ХЮА.

В данной работе деталь была изготовлена из стали 45. Данные о стали представлены далее по ГОСТ 1050-88.

Таблица 13

Химический состав стали 45 …

Таблица 14

Критические точки стали 45

Таблица 15

Режим ТО и механические свойства из стали 45

Хромирование

Химико-термическая обработка стали заключается в изменении химического состава поверхностного слоя стального изделия путем насыщения его каким-либо другим веществом (углеродом, азотом, цианом, хромом) с целью повышения твердости, износостойкости или коррозионной стойкости поверхности и сохранения при этом высоких механических качеств самого изделия. Одним из видов химико-термической обработки стали являются хромирование.

Хромирование - диффузионное насыщение поверхности стальных изделий хромом, либо процесс осаждения на поверхность детали слоя хрома из электролита под действием электрического тока. Слой хрома может наноситься для декоративных целей, для обеспечения защиты от коррозии или для увеличения твердости поверхности.

Известен способ диффузионного хромирования в порошковой смеси, содержащей, масса %:

Феррохром (50 – 60) %

Двухлористый кобальт (1 - 1, 5) %

Окись алюминия (49 – 35) %
Процесс проводится в контейнерах с плавким затвором при 1050˚ С в течение 6-16 ч. При этом предел выносливости стали 45 составляет 31-34 ˙ 107 н/м2. Конвейер с расположением деталей показан на рисунке 16.

Цель изобретения - повышение предела выносливости диффузионно-хромированных нелегированных сталей.

Нормализация

Термическую операцию, при которой сталь нагревают до температуры 30-50°С выше верхних критических точек А_Сз и А_ст, выдерживают при этой температуре и затем охлаждают на спокойном воздухе, называют нормализацией.

Нормализацией устраняют внутренние напряжения и наклеп, повышают механические свойства и подготовляют структуру стали для окончательной термической обработки.

При нормализации превращение аустенита происходит с большей степенью переохлаждения, чем при отжиге, поэтому перлит имеет более тонкую структуру. В результате нормализации сталь получает нормальную, однородную мелкозернистую структуру. При нормализации среднеуглеродистых и малолегированных сталей образуется структура сорбитообразного перлита или сорбита и свободного феррита. При этом прочность и ударная вязкость нормализованной стали значительно выше, чем отожженной.

Нормализация стали по сравнению с отжигом является более коротким процессом термической обработки, а, следовательно, и более производительным. Поэтому углеродистые стали целесообразнее нормализовать, а не отжигать.