Наведено відомості з різних видів термічних обробок і твердість матеріалів і їх позначенням на кресленнях.
Методичні вказівки призначені для студентів механічних спеціальностей, виконують завдання по машинобудівному кресленню.
ВСТУП
У практичній діяльності будь-якого інженеру доводиться мати справу з різною технічною документацією і, перш за все, з кресленнями.
При цьому йому необхідно вміти правильно, відповідно до діючих стандартів оформляти креслення при конструюванні нових виробів і працювати з уже наявною документацією.
Справжні методичні вказівки ставлять собі за мету розширити технічний кругозір студентів в ході вивчення курсу машинобудівного креслення при оформленні ескізів деталей, деталірованія, читанні та складанні складальних креслень.
Методичні вказівки дають основи знань з термічній обробці матеріалів як одному з ефективних методів зміцнення металів і їх сплавів, а також щодо визначення твердості поверхонь, одержуваних після термообробки і їх позначенням на кресленнях.
1.1. Загальні відомості
Перш за все, слід зазначити, що термічна обробка металів детально вивчається в курсі "Матеріалознавство".
Термообробка часто є складовою частиною загального циклу виготовлення деталей машин і інструменту. Вона застосовується для додання металу необхідних механічних, фізичних і хімічних властивостей, що забезпечують необхідні характеристики вироби. Отримується в результаті термообробки зміцнення металу дозволяє підвищити довговічність деталей і, отже, машин, а також зменшити їх масу і габаритні розміри.
Термічна обробка - процес обробки металів (сплавів) в твердому стані шляхом термічного впливу, поєднаного в ряді випадків з хімічним, деформаційних або іншим впливом.
1.2. Термічна обробка стали
До основних видів термообробки стали відносять відпал, нормалізацію, загартування, відпустка, старіння, обробку холодом.
ВІДПАЛ І НОРМАЛІЗАЦІЯ - вид термообробки, призначений для отримання рівномірної структури металу, поліпшення оброблюваності, підвищення пластичності, зменшення залишкових напружень. Дана термообробка полягає в нагріванні металу до певної температури, витримці і наступному повільному охолодженні.
ГАРТ - термообробка, в результаті якої підвищуються твердість, пружність і зносостійкість стали. При загартуванню вироби нагрівають до певної температури, витримують, а потім швидко охолоджують в гартівних середовищах.
Основними параметрами є температура нагріву і швидкість охолодження.
Як гартівних середовищ застосовують воду, мінеральне масло та інші охолоджуючі середовища.
Вода відрізняється високою інтенсивністю охолодження. Масла володіють зниженою (в кілька разів) в порівнянні з водою швидкістю охолодження.
ВІДПУСТКУ і СТАРІННЯ. Ці види термообробки ставлять собі за мету зняття внутрішніх напружень в загартованих деталях. При відпустці і старінні деталі нагрівають до певної температури, витримують, а потім повільно охолоджують.
Старіння проводять для загартованих і відпущених деталей з метою зняття внутрішніх напружень і отримання більш рівноважного стану відповідальних виробів (деталі точних верстатів, вимірювальних калібрів, швидкохідних машин і т.п.).
1.3. Термічна обробка чавуну
Як було зазначено вище, чавун - це сплав заліза з вуглецем (більше 2,14%). Зазвичай в чавуні присутній 3 ... ..4,5% вуглецю. Для додання чавуну тих чи інших властивостей в нього можуть вводитися різні елементи. Розрізняють білий, сірий, ковкий чавун та ін.
У білому чавуні відсутній вільний графіт (весь вуглець знаходиться в хімічно зв'язаному стані з залізом). Цей чавун характеризується високою твердістю, крихкістю і погано обробляється різанням.
У сірому чавуні майже весь вуглець знаходиться у вільному стані.
Сірий чавун є найпоширенішим і дешевим ливарним сплавом. Він володіє високими ливарними властивостями. Маркується сірий чавун літерами СЧ.
Ковкий чавун отримують тривалим відпалом виливків з білого чавуну. В результаті відпалу частина вуглецю переходить у вільний стан у вигляді окремих включень (пластівців). Чавун при цьому, зберігаючи високу твердість, набуває деяку пластичність.
За механічними властивостями цей чавун займає проміжне положення між сірим чавуном і литий вуглецевою сталлю. Маркується ковкий чавун літерами КЧ.
Основні види термообробки чавуну - отжиг, нормалізація, гарт, відпустка.
1.4. Поверхневе зміцнення сталевих і чавунних деталей
Наведені вище різні види термообробки володіють однією загальною властивістю - вироби термообробних в повному їх обсязі, тобто на всю глибину.
Однак багато деталей машин, верстатів і приладів при роботі відчувають одночасно різні навантаження - ударні, розтягують, стискають, згинальні, що крутять, контактні та ін. Такі деталі повинні мати високу твердість поверхневого шару і достатню пластичність серцевини, що досягається поверхневим зміцненням.
Основними видами поверхневого зміцнення деталей є поверхнева гарт і хіміко-термічна обробка.
Поверхневому зміцненню піддають колінчаті вали, зубчасті колеса, кульки і ролики підшипників, хрестовини карданів, багато видів інструменту та інші деталі.
Поверхневе загартування здійснюється індукційним способом як сталевих, так і чавунних деталей. Індукційний нагрів заснований на наступному явищі. При проходженні змінного струму високої частоти по провіднику (мідному індуктора) навколо нього утворюється змінне електричне поле, силові лінії якого пронизують вміщену в індуктор деталь. У поверхневому шарі деталі виникають вихрові струми (струми Фуко), що викликають нагрівання цього шару до високої температури.
Таким чином, головна перевага індукційного нагріву полягає у виділенні теплоти в невеликому обсязі нагрівається металу, що дозволяє здійснювати нагрів з великою швидкістю. При індукційному гартуванню поверхню деталі нагрівається до необхідної температури, після чого охолоджується водою або маслом.
Поверхневе загартування здійснюється також нагріванням поверхонь деталей за допомогою газового полум'я або в електроліті.
В даний час застосовується також лазерна гарт поверхневого шару деталей. Зміцнення променем лазера можуть піддаватися як стали, так і сірі чавуни. Сутність лазерної гарту полягає в тому, що гартувати частина деталі за дуже короткий проміжок часу (0,5 ... .50 мс) нагрівається до температури, що перевищує температуру звичайного нагріву (майже до температури плавлення), і охолоджується з великою швидкістю за рахунок відведення теплоти в решту масу деталі без застосування охолоджуючих засобів. В результаті лазерної гарту твердість поверхні деталі виходить на 15 ... .21% вище, ніж при розглянутих раніше видах термообробки. Лазерний промінь дає також можливість обробляти важкодоступні місця деталей.
Хіміко-термічна обробка металів - це теплова обробка в хімічно активному середовищі для зміни хімічного складу, структури і властивостей поверхневого шару металевого виробу.
Дана обробка дозволяє підвищити твердість, зносостійкість, міцність при збереженні високої в'язкості серцевини вироби.
Основні види хіміко-термічної обробки наступні:
Цементація (коксування) - процес дифузійного насичення поверхневих шарів сталевих деталей вуглецем, для чого використовується деревне вугілля або природний газ.
Ціанування - процес насичення поверхні стали вуглецем або азотом з використанням розплавлених солей.
Азотування - дифузійне насичення поверхневого шару деталі азотом з використанням газових середовищ або розплавлених солей.
Товщина одержуваного шару при хіміко-термічній обробці становить 0,2 ... 2 мм.
2. Твердість МАТЕРІАЛІВ
2.1. Загальні відомості
У техніці набули широкого поширення різні методи оцінки твердості матеріалів по умовним шкалами. При цьому твердість характеризується числом (показником).
Застосовують шкали Роквелла, Брінелля, Віккерса і інших, з яких в машинобудуванні застосовують шкали Роквелла, Брінелля, Віккерса.
При такому розмаїтті шкал необхідно знати співвідношення чисел твердості.
2.2. числа твердості
Число твердості по Роквеллу (HR)
Метод розроблений американським металургом С.П. Роквеллом. За одиницю твердості прийнята величина, відповідна осьовому переміщенню наконечника на 0,002 мм, тобто IHRCе = 0,002 мм. Наконечник у вигляді алмазного конуса або сталевої кульки вдавлюється в випробуваний зразок під дією певної навантаження. Визначається твердість за допомогою пресів Роквелла, які мають три шкали А, В, і С. Шкали А і С використовують при випробуванні твердих матеріалів за допомогою алмазного конуса. Шкалу В застосовують для порівняно м'яких матеріалів шляхом вдавлення сталевої кульки діаметром 1,588 мм.
Залежно від шкали число твердості позначається HRA, HRB, HRC. У нашій країні створено спеціальний еталон відтворення твердості за шкалами С Роквелла і Супер-Роквелла, що позначається HRCе, на відміну від раніше застосовувалася у нас HRC.
Методика визначення чисел твердості по Роквеллу і їх значення регламентовані ГОСТ 8.064 -79.
При використанні раніше виданої вітчизняної літератури слід використовувати для перекладу HRC в HRCе відповідні таблиці даного стандарту. При використанні зарубіжної літератури числа твердості HRC прирівнюються до HRCе.
В даний час слід вказувати вимоги до твердості за шкалою HRCе.
Число твердості по Брінеллю (HB)
Метод Брінелля (названий по імені шведського інженера Ю.А.Брінелля) за визначенням чисел твердості застосуємо до чорних і кольорових металів. При вимірі твердості по Бринеллю сталева кулька вдавлюється в випробуваний зразок під дією певної навантаження. Методика визначення чисел твердості і їх значення регламентовані ГОСТ 9012-59.
Число твердості по Віккерсу (HV)
Метод Віккерса (за назвою англійського концерну "Віккерс") застосуємо для металів і сплавів. Твердість визначається за допомогою приладу Віккерса шляхом вдавлення в випробуваний зразок алмазного наконечника у вигляді чотиригранної піраміди під дією певної навантаження. Методика визначення чисел твердості по Віккерсу і їх значення регламентовані ГОСТ 2999-75.
Найбільш поширені в промисловій практиці числа твердості за шкалою Роквелла широко відомих деталей і інструментів з метою орієнтації при призначенні твердості приведені в таблиці.
3. ПРАВИЛА НАНЕСЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ВЛАСТИВОСТЕЙ МАТЕРІАЛІВ НА кресленні ВИРОБІВ, піддають термічній обробці
Показники властивостей матеріалів на кресленнях виробів, що підлягає термообробці, наносяться відповідно до ГОСТ 2.310-68.
3.1. На кресленнях виробів, що підлягає термічній і інших обробок, вказують показники властивостей матеріалів, отриманих в результаті обробки: твердість і глибину обробки.
Глибину обробки і твердість матеріалів на кресленнях вказують граничними значеннями, позначаючи "від ... до", наприклад:
h = 0,7 ... 0,9; 40 ... 45 HRCе.
Допускається вказувати найменші значення цих величин з граничними відхиленнями, наприклад: h 0,8 + -0,1; (45 + -3) HRCе.
3.2. Допускається на кресленнях вказувати види обробки, результати яких не піддаються контролю, наприклад, отжиг.
У цих випадках найменування обробки вказують словами або умовними скороченнями, прийнятими в науково-технічній літературі, (рис. А, б).
3.3. При необхідності в зоні необхідної твердості вказують місце випробування твердості (рис. В).
3.4. Якщо все виріб піддається одному виду обробки, то в технічних вимогах роблять запис: "40 ... 45 HRCе" або "Цементувати h 0,7 ... 0,9 мм; 55 ... 60 HRCе "або" відпалювати "і т.п.
3.5. Якщо більшу частину поверхні виробу піддають одного виду обробки, то в технічних вимогах роблять запис по типу "40 ... 45 HRCе крім поверхні А" (рис. Г), або "30 ... 35 HRCе, крім місця, позначеного особливо" (рис. Д ).
3.6. Якщо обробці піддаються окремі ділянки виробу, то показники властивостей матеріалу і спосіб їх отримання вказують на полицях ліній-виносок, а ділянки вироби, які повинні бути оброблені, відзначають штрих пунктирною лінією, що проводиться на відстані 0,8 ... 1 мм від них, із зазначенням розмірів, що визначають поверхні (рис. е, ж). Розміри, що визначають поверхні, що піддаються термообробці, допускається не проставляти, якщо вони зрозумілі з креслення (рис. І, к).
3.7. Поверхня виробу, що піддається обробці, відзначається штрих пунктирною потовщеною лінією на тій проекції, на якій вона ясно визначена
Числа твердості HRC і HRCе для деяких деталей і інструментів
Деталі й інструменти (в дужках вказані марки стали)
(Рис. Л). Допускається відзначати ці поверхні і на інших поверхнях, при цьому напис з показниками властивостей матеріалу, що відносяться до однієї і тієї ж поверхні, наносять один раз (рис. М).
3.8. При однаковій обробці симетричних ділянок відзначають штрихпунктирной потовщеною лінією все поверхні, що піддаються обробці, а показники властивостей матеріалу вказують один раз (рис. І, н).
3.9. Якщо написи, що визначають властивості оброблених поверхонь, ускладнюють читання креслення, то допускається приводити їх на додатковому спрощеному зображенні, виконаному в зменшеному масштабі.
БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК
Термічна обробка металів ................... 3
Твердість матеріалів ................................. 6
Правила нанесення показників властивостей
матеріалів на кресленнях виробів, що підлягає
термічній обробці ............................... 7
4. Бібліографічний список ........................... 11
ТЕРМООБРОБКА і твердість МАТЕРІАЛІВ.
ЇХ ПОЗНАЧЕННЯ НА кресленні
Методичні вказівки до виконання ескізів і робочих креслень деталей для студентів механічних спеціальностей.
Укладач: І.І. Міхєєв
Підписано до друку
Формат 60х84 1/16 Папір обгортковий
Фіз. печ.л. 0.75 Ум. печ.л. 0.70 Уч - ізд.л. 0.63
Тираж 100 прим. Замовлення № С -
Твер. Друкарня ТДТУ