Афанасьев М.И. Технология стали и высокопрочных сплавов - файл n1.docx

приобрести
Афанасьев М.И. Технология стали и высокопрочных сплавов
скачать (5111.2 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx5112kb.08.07.2012 18:19скачать

n1.docx

  1   2   3   4


Федеральное агентство по образованию





логотип3

Электростальский

политехнический институт

(филиал)

Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Государственный технологический университет

«Московский институт стали и сплавов»




М.И. Афанасьев

Технология стали и высокопрочных сплавов

Пособие по выполнению курсового и дипломного проектирования для специальности 150400 профиля

«Металловедение и термическая обработка стали и высокопрочных сплавов»

Электросталь 2011

УДК 669.187

Афанасьев М.И. Пособие по выполнению курсового и дипломного проектирования для специальности 150400 профиля «Металловедение и термическая обработка стали и высокопрочных сплавов». – Электросталь: ЭПИ МИСиС, 2011. – 103с.

В пособии изложены требования и рекомендации по выполнению курсового проекта по дисциплине "Технология стали и высокопрочных сплавов". В приложении к пособию представлены эскизы основного термического оборудования, применяемого на заводах мелкосерийного выпуска продукции, а также рекомендации по выбору защитных сред, выбору рациональных типов печей; приведены справочные данные для проведения расчетов и оформления пояснительных записок в соответствии с принятым стандартом. Представлены примеры компоновок садок для термической обработки и примеры планировок термических отделений на предприятиях машиностроительной, металлургической промышленности. Дан пример расчёта количества необходимого основного оборудования и потребной площади для размещения этого оборудования. Пособие может быть полезно для выполнения курсового проекта по курсу «Металлургическая теплотехника».


Содержание

1.

Q (2.8) 21

(2.9) 21

I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ О КУРСОВОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Курсовое проектирование, являясь одним из основных элементов подготовки специалистов, формирует техническое мировоззрение студентов на задачи термической обработки.

Задание на курсовой проект студент получает после прослушивания специальных курсов: "Термическая обработка сталей и высокопрочных сплавов", «Механические свойства сплавов» и "Технология стали и высокопрочных сплавов".

I.I. ЦЕЛИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

  1. Воспитание у студентов психологических предпосылок для развития способностей к поиску новых, конструктивных, более рациональных решений, повышение познавательной активности в изыскании различных вариантов, стимулирование инициативы и самостоятельности при выборе оптимальных решений.

  2. Развитие навыков в области творческого применения нормативных материалов - норм проектирования, методик расчетов, технологических инструкций, типовых проектов, стандартов и других нормативных материалов, разработанных проектными институтами.

  3. Использование теоретических основ металловедения при решении конкретных задач термической обработки в производственных условиях.

1.2. Содержание и объем работы

Курсовой проект включает пояснительную записку на 30 ч 40 страницах и 3 ч 4 листа графического материала. Графический материал: режимы термической обработки, чертежи обрабатываемых деталей, общий вид агрегата или автоматической поточной линии для термической обработки, план термического отделения или участка. Все чертежи должны быть выполнены с соблюдением нормативов ЕСКД.

Пояснительная записка к курсовому проекту состоит из вводной части и общей части.

Общая часть расчетно-пояснительной записки, делится на ряд подразделов, основные из которых содержат:

-планировка участка.

1.3. Образцы тем курсовых проектов

3) Проект термического участка нитроцементации деталей топливного насоса на годовую программу 25000 насосов.

4) Проект термического отделения окончательной обработки валков холодной прокатка на годовую программу 8000 т.

* (Здесь и везде далее под "изделиями" понимаются составляющие предмет курсового проектирования детали машин, приборов, режущий инструмент и т.д.)


  1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ ОТДЕЛЬНЫХ РАЗДЕЛОВ ПРОЕКТА

Основной материал для выполнения курсового проекта студент получает из справочников, монографий и книг по термической обработке, а также из лекционного материала по курсам: "Термическая обработка сталей и высокопрочных сплавов", «Механические свойства сплавов» и "Технология стали и высокопрочных сплавов".

Для проектирования участка термического цеха необходимы следующие исходные данные:

I. Годовая производственная программа.

2. Чертежи или эскизы деталей.

3. Технические требования, предъявляемые к термически обработанным изделиям.

  1. Сведения об оборудовании, используемом на сравниваемом (базовом) участке.


2.1. Вводная часть курсового проекта

Пояснительная записка начинается с задания на курсовой проект. Затем следует введение, в котором четко обрисовывается задача курсового проекта, его основная цель и направление решения задания. Поэтому окончательная редакция введения производится после окончания работы над курсовым проектом.

Во введении к курсовому проекту должны быть изложены основные требования к деталям машин и конструкций или готовым изделиям, а также необходимо сформулировать конкретную задачу проекта. Вводная часть пояснительной записки должна содержать название завода и цеха, в котором проектируется участок или отделение, место участка или отделения в технологической схеме производства изделий.

При проектировании отделения для термической обработки изделий заводов черной металлургии надо кратко остановиться на целях и значении термической обработки отливок, поковок, инструмента, проволоки, ленты и т.д. Затем охарактеризовать назначение проектируемого отделения и отметить всё новое по оборудованию и технологическим процессам, что внесено в данный проект.

В случае проектирования термического участка отделения машиностроительного завода необходимо кратко охарактеризовать назначение проектируемого участка (отделения) и указать, какие новые особенности технологии термообработки, оборудования в планировки предложены студентом или использованы им при проектировании участка.

Объем вводной части пояснительной записки - обычно 2 ч 3 страницы рукописного текста.

2.2. Программа участка, отделения

В задании на проектирование годовая производственная программа проектируемого участка может быть задана:

а) В виде номенклатуры и количества изделий, подвергаемых термической обработке. В этом случае годовой объем производства no каждому изделию (Аi) определяется по следующей формуле:

где Ni - годовой выпуск изделий данного наименования;

потери на механические испытания, технологические пробы, %;

б) В виде номенклатуры и количества готовых изделий, выпускаемых заводом. В этом случае задается выпуск готовых изделий определенного типа (например 25000 топливных насосов или 600000 автомобилей "Ё - авто"),

В условиях машиностроительных заводов массового и крупносерийного производства расчет производственной программы выполняется по каждому виду обрабатываемых изделий.

При проектировании термических отделений и участков в прокатных, трубопрокатных или калибровочных цехах производственная программа рассчитывается по маркам стали, профилям и размерам проката, подлежащего термообработке.

Годовая производственная программа приводится в пояснительной записке в виде таблицы 2.1.

Таблица 2.1. Производственная программа

Наименование

изделия и его номер

Марка

стали

Эскиз, мм

Масса изделия,

кг

Производственная программа

шт.

т

1

2

3

4

5

6



















2.3. Описание изделий, подвергающихся термической обработке в проектируемом отделении и условий их работы. Описание марок материалов и их характеристики

При описании изделий или деталей, подвергаемых термической обработке, необходимо указать стадию изготовления (поковки, полуфабрикаты, готовые изделия и т.д.), их назначение, условия, в которых они работают и соответственно требования, предъявляемые к ним: твердость, механические свойства, усталостную прочность, износостойкость, стойкость против коррозии, жаропрочность, жаростойкость и т.п. На основании перечисленных требований выбирается марка стали (сплава) и определяется цель, термической обработки изделий, или деталей. В записке приводится краткая характеристика материалов (марки стали, чугуна и т. д.). Химический состав материала для деталей, изделий, инструмента выбирается с обязательным учетом:

а) Условий эксплуатации, а именно - характера приложения нагрузки (статическая, динамическая, знакопеременная, знакопостоянная, контактная, равномерно распределенная и т.д.) и ее максимальной величины; характера напряжений (растяжение, изгиб, сжатие, скручивание и д.р.); температурных условий работы (комнатная или повышенная, постоянные или переменные, и т.п.); наличия агрессивной среды (кислотная, щелочная, нейтральная, газовая-и т. д.); типа трения (скольжение, качение) и характера износа.

б) Механических свойств и в первую очередь сочетания высоких пределов усталости и циклической вязкости, обеспечивающих надежную и длительную работу данного изделия.

в) При обосновании выбора марки стали или сплава необходимо дать краткий обзор отечественной и зарубежной литературы по этому вопросу. Влияние легирующих элементов на свойства желательно описывать более конкретно в пределах марочного состава выбранной стали. Анализ влияния легирующих элементов ведется с учетом последующей термической обработки. Затем приводится полный химический состав выбранной марки стали, ее механические свойства, структура после термообработки и т.п. Эти данные вносятся в таблицу 2.2.

Выбранные марки стали после соответствующей термической обработки должны обеспечивать изделию также необходимые механические (прочность, вязкость, пластичность и т.д.) и эксплуатационные свойства, которые способствуют надежной и долговечной работе данной детали без разрушения. Кроме того, сталь должна быть технологичной (штампуемость, прокаливаемость, теплостойкость, обрабатываемость, свариваемость и т.д.), относительно дешевой в металлургическом производстве и экономически выгодной в данной отрасли машиностроения.

Таблица 2.2. Химический состав и свойства стали

Марка

Матери-

ала

Химический состав, %

Режим

Терм.

обраб.

Механические свойства

Струк-

тура

C

Si

Mn

Cr

Ni

W

P

S

V






МПа



МПа



%



%

KCU

МДж/м2




1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

Следует отметить, что двум последним факторам в настоящее время уделяется особое внимание в виду необходимости экономии дефицитных легирующих элементов в частности, никеля, вольфрама, ниобия.

Q (2.8) 21

(2.9) 21

В проектах должны предусматриваться прогрессивные технологические решения. Основными направлениями в технология термической обработки являются:

Состав некоторых защитных атмосфер и рекомендации по их применению даны в приложении I, 2.

Рекомендуется проанализировать и сравнить не менее двух способов, позволяющих получить заданные свойства заготовок или изделий. Например, при проектировании участка нитроцементации деталей машин необходимо сравнить метод нитроцементации с азотированием, цементацией и закалкой токами высокой частоты.

2.5. Составление маршрутной технологии

Составление маршрутной технологии имеет целью сформировать у студента представление об общей технологии получения детали (полуфабриката) и о месте разрабатываемого участка (отделения) в общем потоке изготовления изделия.

При составлении маршрутной технологии указывается движение изделия по цехам и участкам и совершаемые над ним операции от заготовки (кузнечный или литейный цех) до окончания отделочной обработки.

Для примера приводится маршрутная технология изготовления валков холодной прокатки из стали 9ХШ, диаметром бочки 160 мм:

7-. Окончательная термическая обработка (закалка ТВЧ и низкотемпературный отпуск)- термическое отделение механического цеха.




    1. Расчеты основных технологических параметров


Составной частью разработки технологического процесса термообработки является определение параметров:

Установление температуры нагрева и охлаждения (режима термической обработки) производится на основе анализа критических точек, структурных и фазовых превращений для данного материала. В частности учитывается кинетика растворения карбидов, рост зерна, степень легирования твердого раствора и особенности его распада, а также способ проведения операции (например, скоростной нагрев) и т. д.

Температуру отпуска определяют на основании графиков, отражающих изменение механических свойств в зависимости от температуры и продолжительности отпуска. При этом используются сведения, содержащиеся в научно-технической литературе, а также экспериментальный материал, накопленный в цехе или ЦЗЛ завода. В качестве ориентировочных можно использовать следующие данные:

низкотемпературный отпуск - 3 минуты на I мм сечения изделия, но не менее 1,5 часа;

среднетемпературный отпуск - 2 минуты на I мм сечения изделия, но не менее 1,5 часа.

высокотемпературный отпуск - I минута на I мм сечения изделия

Расчет времени нагрева под закалку средне- и высоколегированных сталей (температуры от 750° до 900°С) производится на основании большого практического опыта, накопленного на металлургических и машиностроительных заводах из расчета I чаc на 25 мм поперечного сечения + 1/5 от полученного значения для протекания структурных превращений (главным образом для растворения карбидов).

Выбор нагревающей среды производится с учетом того, что в настоящее время весьма желательным является применение газовых искусственных атмосфер для защиты при нагреве от окисления и обезуглероживания (приложение 1,2).

Наиболее интересные и важные по своему значению режимы термообработки представляются в форме графиков в пояснительной записке и на листах для демонстрации при защите курсового проекта.

    1. Выбор параметров дополнительных операций

В таблице 2.3 приведены типовые схемы очистки поверхности изделий от загрязнения и окалины в зависимости от условий, термической обработки.

Рекомендации по способам предотвращения поводки в процессе термообработки и исправления поводки приведены в таблице 2.4.

2.8. Контроль производства

Контроль производства осуществляется в двух направлениях: контроль технологического процесса (по операциям, оборудованию, технологическим параметрам); контроль качества готовой продукции после термообработки.

В табл. 2.5 даны способы организации и средства контроля. Определение количества потребных приборов в цехах массового (и крупносерийного) производства производится по нормативам укрупненной производительности.

В пояснительной записке необходимо описать организацию работы по контролю качества изделий, принятые средства и приборы контроля (приборы для определения физических, в частности, механических свойств, металлографического анализа и т. д.). А также необходимо представить сведения, характеризующие процент деталей, подвергаемых контролю.

Ориентироваться следует на производственные данные и на целесообразность 100 %-ной проверки качества деталей современными методами неразрушающего контроля.

2. 9. Выбор основного оборудования

Выбор основного оборудования нужно начинать, рассмотрев предварительно, какое оборудование можно вообще применить для осуществления предлагаемых в проекте режимов термической обработки с учетом условий единичного или массового производства. Из выбранных двух-трех типов необходимо выбрать то оборудование, которое обеспечивает лучшее качество термической обработки, лучшую механизацию и автоматизацию процесса в целом.

Тип оборудования для проектируемого цеха, отделения или участка выбирается на основании разработанных студентом технологических процессов и режимов термической обработки деталей (изделий) с таким расчётом, чтобы полностью обеспечить выполнение предложенного технологического режима термообработки.



Таблица 2. 4. Способы исправления поводки

Характеристика обрабатываемых изделий

Способ исправления поводки

В процессе термообработки

После термообработки

I. Длинномерные изделия

L/D ? 6


Нагрев и охлаждение в подвижном состоянии, например, установка вдоль пода печи двух параллельных шнековых направляющих и закалка в зажимных роликах

Правка перегибом в прессах

Нагрев и охлаждение в вертикальном положении

Коленчатые валы

Нагрев и охлаждение в вертикальном положении

Цилиндрические изделия с сечением до 20 мм

Нагрев и охлаждение в вертикальном положении

Правка прокаткой в плоских плашках

прессов

Охлаждение в зажимных приспособлениях

Тоже длиной более 100*D

Тоже

Правка растяжкой

II. Плоские тонкие изделия




Правка наклёпом

Диски сцепления сечением до 4 мм

Нагрев и охлаждение в зажимных приспособлениях

Правка перегибом на прессах

Зубчатые колёса, кольца и т.п.

Охлаждение в зажимных приспособлениях

Тоже

Тоже из насквозь прокаливающихся сталей

Охлаждение в быстровращающихся валках

Тоже

L – длина изделия; D – диаметр изделия (мм)

Таблица 2. 5. Параметры и средства контроля производства

Параметры контроля

Средства контроля

  1. Технологический процесс термической обработки

Температурный режим

Приборы для измерения, регулирования и записи температуры. Исполнительные механизмы автоматического регулирования электроэнергии, топлива, воздуха*



Среда обработки и интенсивность её циркуляции в рабочем пространстве

Газоанализаторы прямого и косвенного контроля Н2О, СО2 и О2. Приборы для измерения давления или вакуума

Продолжительность операции для оборудования периодического действия

Реле времени (часы), аппаратура для световой и звуковой сигнализации

Тоже для оборудования непрерывного действия

Тоже и регулятор скорости для механизмов перемещения

  1. Качество изделий после термической обработки

Твёрдость поковок и отливок после нормализации или отжига

Твердомеры типа Бринелля и на твердомерах ТЕМП в единицах LD


Тоже после закалки и отпуска

Тоже

Твёрдость полуфабрикатов и чистовых деталей после закалки и отпуска

Твердомеры Роквелла, Виккерса или

твердомеры типа ТЕМП

Тоже для деталей после химико-термической обработки

Тоже и тарированные напильники

Физико-механические свойства изделий массового выпуска

Магнитные приборы неразрушающего контроля, аустениметр, коэрцитиметр и т. п.

Трещины и другие поверхностные дефекты

Магнитный дефектоскоп, люминесцентная дефектоскопия

Внутренние дефекты изделий

Ультразвуковая дефектоскопия

Величины кривизны и других отклонений геометрических размеров

Плиты, центры и специальные приборы и приспособления

  • - современное оборудование оснащено компьютерной записью и контролем параметров технологического процесса



При выборе основного оборудования необходимо учитывать прогрессивные направления в конструктивном развитии оборудования и тенденцию к применению типового оборудования.

Из прогрессивных направлений в конструктивном развитии термического оборудования следует отметать

I) применение установок скоростного нагрева с непосредственным

нагревом и контактные, с внешним подводом тепла: газопламенные, электролитные, излучающие;

  1. герметизацию рабочего пространства печей с целью создания заданного постоянства газовых искусственных атмосфер;

  2. усиление циркуляции среды в рабочем пространстве печей путем установки специальных механизмов для перемещения и направленного движения газовой смеси применение вентиляторов, использование циркуляции и т.д.;

  3. применение новых конструктивных печей - с кипящим "псевдосжиженным" слоем, - безинерционных с отражательными экранами, - аэродинамических потерь (ПАП), - с плоскопламенными горелками и др.;

  4. агрегатирование различных видов садочного оборудования с помощью специальных механизмов для загрузки, выгрузки и перемещения изделий (например, самоходная тележка с толкателем-вытаскивателем для камерных печей или автооператор для соляных ванн);

  5. применение новых печей периодического действия, оборудованных эффективной тепловой изоляцией.

Выбор полезных размеров оборудования для различных операций термообработки производится по следующим признакам:

При разработке технологии термической обработки и выборе оборудования особое внимание следует уделить вопросам:

механизации и автоматизации технологических операций путем применения специального оборудования, оснащенного автоматическим регулированием и управлением параметров (температуры, времени и среды обработки);

В приложении 3 даны рекомендации по выбору печи для конкретной термообработки на заводах черной металлургии.

  1. 10. Расчет потребного количества основного, дополнительного и вспомогательного оборудования

Расчету подлежит следующее оборудование:

Исходными данными для расчета необходимого количества основного оборудования служит годовое задание, выбранный тип оборудования и установленный режим его работы.

Необходимое количество оборудования данного типа (Пp) рассчитывается по формуле

(2. 2)

где Ti - время, потребное для обработки предусмотренного программой количества изделий i -го вида, пече-часов (агрегато - часов); m – количество видов изделий, обрабатываемых на данном оборудовании; Fn - годовой фонд времени работы единицы оборудования, часы.

Величина
  1   2   3   4


Федеральное агентство по образованию
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации