ПЗ МДК 03 Термическая обработка металлов и сплавов
1515547
столько раз учителя, ученики и родители
посетили официальный сайт проекта «Инфоурок»
за прошедшие 24 часа
Добавить материал и получить бесплатное
свидетельство о публикации
в СМИ №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок Другое Другие методич. материалыПЗ МДК 03 Термическая обработка металлов и сплавов

ПЗ МДК 03 Термическая обработка металлов и сплавов

библиотека
материалов

ГБПОУ «Чебаркульский профессиональный техникум»









Методические указания

к выполнению практических и лабораторных работ

по МДК 03.03 Термическая обработка металлов и сплавов

для специальности 150412 Обработка металлов давлением















2016 г.





Пояснительная записка

Методические указания к выполнению практических работ обучающимися по

МДК 03.03Термическая обработка металлов и сплавов.

Предназначены для обучающихся по специальности 150412 Обработка металлов давлением.

Цель методических указаний: оказание помощи обучающимся в выполнении практических работ по МДК 03.03 Термическая обработка металлов и сплавов

Настоящие методические указания содержат работы, которые позволят обучающимся самостоятельно овладеть фундаментальными знаниями, профессиональными умениями и навыками деятельности по МДК , опытом творческой и исследовательской деятельности и направлены на формирование следующих компетенций:

1. Проверять правильность назначения технологического режима обработки металлов давлением.

2. Осуществлять технологические процессы в плановом и аварийном режимах.

3. Выбирать виды термической обработки для улучшения свойств и качества выпускаемой продукции.

4. Рассчитывать показатели и коэффициенты деформации обработки металлов давлением.

5. Производить смену сортамента выпускаемой продукции.

6. Осуществлять технологический процесс в плановом режиме, в том числе используя программное обеспечение, компьютерные и телекоммуникационные средства.

7. Оформлять техническую документацию технологического процесса.

8. Применять типовые методики расчета параметров обработки металлов давлением.

В результате выполнения практических работ обучающиеся должны

уметь:

  • применять типовые методики определения параметров обработки металлов давлением;

  • выбирать справочные данные, характеризующие взаимосвязи структуры и свойств обрабатываемых металлов и сплавов, для обеспечения выпуска продукции с заданными свойствами;

  • рассчитывать абсолютные, относительные и полные показатели и коэффициенты деформации;

  • инструктировать подчинённых о правилах эксплуатации технологического оборудования;

знать:

  • особенности технологического производства продукции различного сортамента;

  • методы обеспечения процессов обработки металлов давлением.

Описание каждой практической работы содержит: тему, цели работы, задания, основной теоретический материал, порядок выполнения работы, формы контроля. Для получения дополнительной, более подробной информации по изучаемым вопросам, приведено учебно-методическое и информационное обеспечение.



Тематический план практических работ по

МДК 03.03 Термическая обработка металлов и сплавов

Название практической работы


Количество часов

Практическая работа № 1

Анализ макроструктуры металлов и сплавов

2

Практическая работа № 2

Анализ процесса отжига инструментальной стали на перлит зернистый

4

Практическая работа № 3

Выбор способов закалки стали

4

Практическая работа № 4

Анализ приемов непрерывной закалки

2

Практическая работа № 5

Анализ приемов прерывистой закалки

2

Практическая работа № 6

Анализ процесса диффузионной металлизации

4

Практическая работа № 7

Аналих процесса упрочнения металла методом лазерного воздействия

4

Практическая работа № 8

Анализ процесса упрочнения металла методом электроискровой обработки

2

Практическая работа № 9

Анализ устройства и работы установок ТВЧ иТПЧ

4

Практическая работа № 10

Экскурсия в термическое отделение КПЦ

6

Практическая работа № 11

Выбор параметров термической обработки изделий из сталей различных марок для получения выпуска продукции с заданными свойствами

4

Практическая работа № 12

Выбор параметров термической обработки прокатных валков с заданными свойствами

4

Итого

42 часа







Практическая работа № 1



Тема : Анализ макроструктуры металлов и сплавов.

Цель: 1. Освоение методики проведения анализа макроструктуры металлов и сплавов.

Оборудование: тетрадь, ручка , раздаточный материал.

Выполнение работы

Макро- и микроанализ металлов и сплавов.

Макроструктурой любого металла или сплава называется структура, видимая невооруженным глазом или при очень небольшом увеличении. Макроструктуру изучают по излому, разрезу слитка и с помощью макрошлифов.

При этом могут быть определены величина зерна, его форма, строение волокна, а также выявлены видимые дефекты: пористость, усадочные раковины, газовые пузыри, трещины, неметаллические включения. Макрошлифы изготовляют следующим образом: из исследуемого материала вырезают образец, шлифуют и полируют одну из его поверхностей, затем эту поверхность травят специальными реактивами (серной, соляной и другими кислотами), после чего ее рассматривают.

Микроструктурой называется строение металла или сплава, видимое при большом увеличении. Для изучения микроструктуры применяют металлографические микроскопы (горизонтальные и вертикальные), а также электронные микроскопы, дающие увеличение до 100 000 раз. Общий вид вертикального микроскопа показан на рис. 31.

hello_html_2a9fdbe0.jpg

Рис. 31. Металлографический микроскоп

Микрошлифы, т. е. образцы после их изготовления (шлифования и полирования), травят. Для травления чугуна и стали служит 4%-ный раствор азотной кислоты в спирте; для травления алюминиевых сплавов —0,5%-ный раствор фтористой кислоты в воде.

Отдельные структурные составляющие растворяются травителем: одни сильнее, другие—слабее, поэтому под микроскопом получается различное отражение света от более и от менее протравленных частиц структуры; одни из них кажутся темными, другие —светлыми. От качества изготовленного шлифа зависит точность определения структурного строения.

Микроанализ позволяет определять величину и форму самых мелких зерен, качество термической обработки, а также выявить мельчайшие дефекты металла или сплава (волосяные трещины, неметаллические включения).



  1. Ознакомиться с раздаточным материалом

  2. Ответить на предложенные вопросы

  3. Провести макроанализ металла

  4. Сделать выводы по работе

По окончанию работы результаты предъявить преподавателю для просмотра и выставления оценки.













































Практическая работа № 2

Тема : Анализ процесса отжига инструментальной стали на перлит зернистый

Цель: Освоение методики анализа процесса отжига инструментальной стали на перлит зернистый

Оборудование: тетрадь, ручка , раздаточный материал

Ход работы

 

Отжигом называется операция термической обработки, при которой путем нагрева, выдержки при установленных температурах и последующего медленного охлаждения в стали получают устойчивую структуру, свободную от остаточных напряжений. Цель отжига стальных изделий — снять внутренние напряжения, устранить структурную неоднородность, улучшить обрабатываемость резанием и подготовить к последующей термической обработке.

Отжиг стали может быть с фазовой перекристаллизацией: полный, изотермический, на зернистый перлит и диффузионный, а также без фазовой перекристаллизации — рекристаллизационный.

 

 

 

Рис. 1. Интервалы температур для различных видов отжига и нормализации углеродистой стали

 

Отжиг включает следующие операции.

1. Нагрев стали до температур, на 20—30° превышающих верхнюю критическую точку АС1, т. е. лежащих выше линии GS, — полный отжиг для доэвтектоидных сталей (рис. 1), или нагрев стали до температур, на 30—40° превышающих нижнюю критическую точку AC1 т. е. расположенных выше линии PSK, — неполный отжиг.

2. Выдержка детали в течение времени, достаточного для равномерного прогрева ее по всему сечению до заданных температур и для завершения всех структурных (фазовых) превращений, которые должны полностью закончиться. Законченность структурных превращений в стали при отжиге составляет цель данной операции: лишь в этом случае свойства стали после отжига существенно улучшаются.

3. Медленное охлаждение стали от температур отжига со скоростью, меняющейся (от 10 до 100° в час) в зависимости от марки стали, формы и назначения детали.

 

 

Отжигу  на  зернистый  перлит  подвергают эвтектоидные и заэвтектоидные стали. Для отжига сталь нагревают на 20—30° выше критической точки ACi(см. рис. 54) и после выдержки при рабочей температуре в течение 3—5 часов медленно охлаждают (со скоростью 30—50° в час) до 650—600° С. В результате длительной выдержки пластинчатый перлит превращается в зернистый; это явление называется сфероидизацией (округлением). Высокоуглеродистые инструментальные стали, содержащие более 0,65% углерода, со структурой зернистого перлита хорошо обрабатываются резанием и лучше поддаются закалке; они обладают меньшей склонностью к образованию трещин и короблению. В некоторых случаях, чтобы ускорить процесс сфероидизации перлита, нагрев и охлаждение повторяют несколько раз. Такой отжиг называется  м а я т н и к о в ы м, или  цикличным. При цикличном отжиге инструментальную сталь нагревают до 730—750° С и медленно охлаждают до 650° С; процесс повторяют несколько раз. Все заэвтектоидные (инструментальные) стали отжигают на зернистый перлит.



1.Изучить раздаточный материал.

2. Ответить на предложенные вопросы.

3. Провести анализ процесса отжига инструментальной стали на перлит зернистый

4. Сделать выводы по проделанной работе.

По окончанию работы результаты предъявить преподавателю для просмотра и выставления оценки.







































Практическая работа № 3



Тема : Выбор способов закалки углеродистой стали

Цель: Получить практические навыки в выборе способов закалки углеродистой стали

Оборудование: тетрадь, ручка .

Выполнение работы

Закалкой  называется операция термической обработки, состоящая из нагрева до температур выше верхней критической точки AC3  для доэвтектоидной стали и выше нижней критической точки АС1

 для заэвтектоидной стали и выдержки при данной температуре с последующим быстрым охлаждением (в воде, масле, водных растворах солей и пр.).

В результате закалки сталь получает структуру мартенсита и благодаря этому становится твердой.

Закалка повышает прочность конструкционных сталей, придает твердость и износостойкость инструментальным сталям.

Режимы закалки определяются скоростью и температурой нагрева, длительностью выдержки при этой температуре и особенно скоростью охлаждения.

 

Выбор температуры закалки.

Температура нагрева стали для закалки зависит в основном от химического состава стали. При закалке доэвтектоидных сталей нагрев следует вести до температуры на 30 - 50° выше точки АС3 . В этом случае сталь имеет структуру однородного аустенита, который при последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую скорость закалки, превращается в мартенсит. Такая закалка называется   полной. При нагреве доэвтектоидной стали до температур AC1 — АC3 в структуре мартенсита сохраняется некоторое количество оставшегося после закалки феррита, снижающего твердость закаленной стали. Такая закалка называется неполной.

 

Для заэвтектоидной стали наилучшая температура закалки — на 20—30° выше АС1 , т. е. неполная закалка. В этом случае сохранение цементита при нагреве и охлаждении будет способствовать повышению твердости, так как твердость цементита больше твердости мартенсита. Нагревать заэвтектоидную сталь до температуры выше Аст не следует, так как твердость получается меньшей, чем при закалке с температуры выше АС1,за счет растворения цементита и увеличения количества остаточного аустенита. Кроме того, при охлаждении с более высоких температур могут возникнуть большие внутренние напряжения.

 



Скорость охлаждения.

Для получения структуры мартенсита требуется переохладить аустенит путем быстрого охлаждения стали,находящейся при температуре наименьшей устойчивости аустенита, т. е.при 650—550° С.

В зоне температур мартенситного превращения, т. е,ниже 240°С, наоборот, выгоднее применять замедленное охлаждение, так как образующиеся структурные напряжения успевают выравняться, а твердость образовавшегося мартенсита практически не снижается.

Правильный выбор закалочной среды имеет большое значение для успешного проведения термической обработки.

Наиболее распространенные закалочные среды —вода, 5—10%-ный водный раствор едкого натра или поваренной соли и минеральное масло. Для закалки углеродистых сталей можно рекомендовать воду с температурой 18° С; а для закалки большинства легированных сталей — масло.

 

Закаливаемость и прокаливаемость стали.

При закалке стали важно знать еезакаливаемость и прокаливаемость. Эти характеристикине следует смешивать.

 

Закаливаемость показывает способность стали к повышению твердости при закалке. Некоторые стали обладают плохой закаливаемостью, т. е.имеют недостаточную твердость после закалки. О таких сталях говорят, что они «не принимают» закалку.

Закаливаемость стали зависит восновном от содержания в ней углерода. Это объясняется тем, что твердость мартенсита зависит отстепени искажения его кристаллической решетки. Чем меньше вмартенсите углерода, тем меньше будет искажена его кристаллическая решетка и, следовательно, тем ниже будет твердость стали.

Стали, содержащие менее 0,3% углерода, имеют низкую закаливаемость и поэтому, как правило, закалке не подвергаются.

 

Прокаливаемость стали характеризуется ееспособностью закаливаться на определенную глубину. При закалке поверхность детали охлаждается быстрее, так как она непосредственносоприкасается с охлаждающей жидкостью, отнимающей тепло. Сердцевина детали охлаждается гораздо медленнее, тепло из центральной части детали передается через массу металла к поверхности итолько на поверхности поглощается охлаждающей жидкостью.

Прокаливаемость стали зависит от критической скорости закалки: чем ниже критическая скорость, тем на большую глубину прокаливаются стальные детали. Например, сталь с крупным природным зерном аустенита (крупнозернистая), которая имеет низкую критическую скорость закалки, прокаливается на большую глубину, чем сталь с мелким природным зерном аустенита (мелкозернистая), имеющая высокую критическую скорость закалки. Поэтому крупнозернистую сталь применяют для изготовления деталей, которые должны иметь глубокую или сквозную прокаливаемость, амелкозернистую — для деталей с твердой поверхностной закаленной   коркой и вязкой незакаленной сердцевиной.

На глубину прокаливаемости влияют также исходная структура закаливаемой стали, температура нагрева под закалку и закалочная среда.

Прокаливаемость     стали можно определить по излому, по микроструктуре и по твердости.

 

Виды закалки стали.

Существует несколько способов закалки, применяемых в зависимости от состава стали, характера обрабатываемой детали, твердости, которую необходимо получить, и условий охлаждения.

Закалка в  одной  среде схематично показана на рис. 1 в виде кривой 1. Такую закалку проще выполнять, но ее можно применять не для каждой стали и не для любых деталей, так как быстрое охлаждение деталей переменного сечения в большом интервале температур способствует возникновению температурной неравномерности и больших внутренних напряжений, что может вызвать коробление детали, а иногда и растрескивание (если величина внутренних напряжений превзойдет предел прочности).

Чем больше углерода в стали, тем больше объемные изменения и структурные напряжения, тем больше опасность возникновения трещин.

 

hello_html_24e6fe74.jpg 

Рис. 1.   Кривые охлаждения   для различных способов закалки

 

Заэвтектоидные стали закаливают в одной среде, если детали имеют простую форму (шарики, ролики и т. д.). Если детали сложной формы, применяют либо закалку в двух средах, либо ступенчатую закалку.

Закалку в двух средах (кривая 2)применяют для инструмента из высокоуглеродистой стали (метчики, плашки, фрезы). Сущность способа состоит в том, что деталь вначале замачивают в воде, быстро охлаждая ее до 300—400° С, а затем переносят в масло, где оставляют до полного охлаждения.

 

Ступенчатую закалку (кривая 3) выполняют путем быстрого охлаждения деталей в соляной ванне, температура которой намного выше температуры начала мартенситного превращения (240—250° С). Выдержка при этой температуре должна обеспечить выравнивание температур по всему сечению детали. Затем детали охлаждают до комнатной температуры в масле или на спокойном воздухе, устраняя тем самым термические внутренние напряжения.

Ступенчатая закалка уменьшает внутренние напряжения, коробление и возможность образования трещин.

Недостаток этого вида закалки в том, что горячие следы не могут обеспечить большую скорость охлаждения при температуре 400—600° С. В связи с этим ступенчатую закалку можно применять для деталей из углеродистой стали небольшого сечения (до 8—10 мм). Для легированных сталей, имеющих небольшую критическую скорость закалки, ступенчатая закалка применима к деталям большого сечения (до 30 мм).

 

Изотермическую  закалку (кривая 4)проводят так же, как ступенчатую, но с более длительной выдержкой при температуре горячей ванны (250—300° С), чтобы обеспечить полный распад аустенита. Выдержка, необходимая для полного распада аустенита, определяется по точкам а и b и по S-образной кривой (см. рис. 1). В результате такой закалки сталь приобретает структуру игольчатого троостита с твердостью HRC45 55 и с сохранением необходимой пластичности. После изотермической закалки охлаждать сталь можно с любой скоростью. В качестве охлаждающей среды используют расплавленные соли: 55% KNO3 + 45% NaNO2 (температура плавления 137° С) и 55% KNO3 + 45% NaNO3 (температура плавления 218° С), допускающие перегрев до необходимой температуры.

Изотермическая закалка имеет следующие преимущества перед обычной:

минимальное коробление стали и отсутствие трещин; большая вязкость стали.

В настоящее время широко используют ступенчатую и изотермическую светлую закалки.

 

Светлую  закалку стальных деталей проводят в специально оборудованных печах с защитной средой. На некоторых инструментальных заводах для получения чистой и светлой поверхности закаленного инструмента применяют ступенчатую закалку с охлаждением в расплавленной едкой щелочи. Перед закалкой инструмент нагревают в соляной ванне из хлористого натрия при температуре на 30—50° С выше точки АС1 и охлаждают при 180—200° С в ванне, состоящей из смеси 75% едкого калия и 25% едкого натра сдобавлением 6—8% воды (от веса всей соли). Смесь имеет температуру плавления около 145° С и, благодаря тому что в ней находится вода, обладает очень высокой закаливающей способностью.

 

При  ступенчатой  закалке стали с переохлаждением аустенита в расплавленной едкой щелочи с последующим окончательным охлаждением на воздухе детали приобретают чистую светлую поверхность серебристо-белого цвета; в этом случае отпадает необходимость в пескоструйной очистке деталей и достаточна промывка их в горячей воде.

 

Закалка  с  самоотпуском широко применяется в инструментальном производстве. Сущность ее состоит в том, что детали не выдерживают в охлаждающей среде до полного охлаждения, а в определенный момент извлекают из нее, чтобы сохранить в сердцевине изделия некоторое количество тепла, за счет которого производится последующий отпуск. После достижения требуемой температуры отпуска за счет внутреннего тепла деталь окончательно охлаждают в закалочной жидкости.

Проконтролировать отпуск можно по цветам побежалости (см. рис. 2), появляющимся на зачищенной поверхности стали при 220—330° С.

 

hello_html_m63e69c74.jpg 

Рис. 2. Цвета побежалости при отпуске

 

Закалку с самоотпуском применяют для зубил, кувалд, слесарных молотков, кернеров и другого инструмента, требующего высокой твердости на поверхности и сохранения вязкой сердцевины.

 

Способы охлаждения при закалке.

Быстрое охлаждение стальных деталей при закалке является причиной возникновения в них больших внутренних напряжений. Эти напряжения иногда приводят к короблению деталей, а в наиболее тяжелых случаях — к трещинам. Особенно большие и опасные внутренние напряжения возникают при охлаждении в воде. Поэтому там, где можно, следует охлаждать детали в масле. Однако в большинстве случаев для деталей из углеродистой стали это невозможно, так как скорость охлаждения в масле значительно меньше критической скорости, необходимой для превращения аустенита в мартенсит. Следовательно, многие детали из углеродистых сталей рекомендуется закаливать с охлаждением в воде, но при этом уменьшать неизбежно возникающие внутренние напряжения. Для этого пользуются некоторыми из описанных способов закалки, в частности, закалкой в двух средах, закалкой с самоотпуском и т. д.

Внутренние напряжения зависят также от способа погружения деталей в закалочную среду. Необходимо придерживаться следующих основных правил:

детали, имеющие толстую и тонкую части, погружать в закалочную среду сначала толстой частью;

детали, имеющие длинную вытянутую форму (метчики, сверла развертки), погружать в строго вертикальном положении, иначе они покоробятся (рис. 3).

 

hello_html_m5407e287.jpg 

Рис. 3. Правильное погружение деталей и инструментов в закаливающую среду

 

Иногда по условиям работы должна быть закалена не вся деталь, а лишь часть ее. В этом случае применяют местную закалку: деталь нагревают не полностью, а в закалочную среду погружают целиком. В этом случае закаливается только нагретая часть детали.

Местный нагрев мелких деталей производят в соляной ванне, погружая в нее только ту часть детали, которую требуется закалить; так закаливают, например, центры токарных станков. Можно поступать и так: нагреть деталь полностью, а охладить в закалочной среде только ту часть, которая должна быть закалена.

 

Дефекты, возникающие при закалке стали.

Недостаточная твердость закаленной детали — следствие низкой температуры нагрева, малой выдержки при рабочей температуре или недостаточной скорости охлаждения.

 Исправление дефекта: нормализация или отжиг с последующей закалкой; применение более энергичной закалочной среды.

 

Перегрев связан с нагревом изделия до температуры, значительно превышающей необходимую температуру нагрева под закалку. Перегрев сопровождается образованием крупнозернистой структуры, в результате чего повышается хрупкость стали.

И справление  дефекта: отжиг (нормализация) и последущая закалка с необходимой температуры.

 

Пережог возникает при нагреве стали до весьма высоких температур, близких к температуре плавления (1200—1300° С) в окислительной атмосфере. Кислород проникает внутрь стали, и по границам зерен образуются окислы. Такая сталь хрупка и исправить ее невозможно.

Окисление и  обезуглероживание стали характеризуются образованием окалины (окислов) на поверхности деталей и выгоранием углерода в поверхностных слоях. Этот вид брака термической обработкой неисправим. Если позволяет припуск на механическую обработку, окисленный и обезуглероженный слой нужно удалить шлифованием. Чтобы предупредить этот вид брака, детали рекомендуется нагревать в печах с защитной атмосферой.

Коробление и трещины — следствия внутренних напряжений. Во время нагрева и охлаждения стали наблюдаются объемные изменения, зависящие от температуры и структурных превращений (переход аустенита в мартенсит сопровождается увеличением объема до 3%). Разновременность превращения по объему закаливаемой детали вследствие различных ее размеров и скоростей охлаждения по сечению ведет к развитию сильных внутренних напряжений, которые служат причиной трещин и коробления деталей в процессе закалки.

Образование трещин обычно наблюдается при температурах ниже 75—100° С, когда мартенситное превращение охватывает значительную часть объема стали. Чтобы предупредить образование трещин, при конструировании деталей необходимо избегать резких выступов, заостренных углов, резких переходов от тонких сечений к толстым; следует также медленно охлаждать сталь в зоне образования мартенсита (закалка в масле, в двух средах, ступенчатая закалка). Трещины являются неисправимым браком, коробление же можно устранить последующей рихтовкой или правкой.

 



Металлопрокат получают в прокатных станах. Профиль металлопроката может быть круглым, квадратным, прямоугольным или фасонным. Исходной заготовкой при прокате является слиток. Металлопрокат как и слиток может иметь следующие дефекты: трещины, волосовины, плены, закаты.

  1. Изучить раздаточный материал.

  2. Ответить на предложенные вопросы.

  3. Подобрать закалку для стали 40.

  4. Сделать выводы по проделанной работе.

По окончанию работы результаты предъявить преподавателю для просмотра и выставления оценки.

Практическая работа № 4, 5.

Тема : Анализ приемов непрерывной закалки

Цель: Освоение методики анализа приемов непрерывной закалки

Оборудование: тетрадь, ручка , раздаточный материал

Выполнение работы

Непрерывная закалка ( поступательный и комбинированный способы) представляет собой поточный процесс. 

Непрерывная закалка - с полным охлаждением в одном охладителе ( в воде или минеральном масле) - самая простая и применяется наиболее широко. Ее применяют для простых изделий из углеродистых и легированных сталей. 

Непрерывную закалку в одной среде применяют наиболее широко. Деталь нагревают до температуры закалки и охлаждают в одной среде. Если охлаждение производят в жидкой среде ( воде, масле), то для равномерного охлаждения деталь, погрузив в жидкую среду, перемещают в вертикальной плоскости или круговыми движениями. Для равномерного охлаждения жидкость перемещают с помощью лопастей, установленных в закалочном баке, или непрерывно подают и отводят из закалочного бака охлаждающую жидкость. Если требуется закалить не всю деталь, а только определенную часть, в охлаждающую жидкость погружают эту часть детали или применяют струйное охлаждение. Такую закалку называют местной. 

Отпуск применяют после непрерывной закалки

В материале, подвергнутом обычной непрерывной закалке с последующим отпуском, отсутствует остаточный аустенит, и поэтому не происходит фазовых превращений с образованием износостойких структур. Это объясняет меньшую износостойкость чугуна после обычной закал ки с отпуском по сравнению с износостойкостью изотермически закаленного чугуна. 

Применение на ряде судоремонтных предприятий непрерывной закалки чугунных деталей с последующим отпуском не дает ожидаемых результатов. Практика показывает, что возникающие при этом значительные структурные и термические напряжения, связанные с мартенситным превращением, приводят к значительным деформациям деталей и появлению трещин. 

В практике термической обработки сталей наряду с непрерывной закалкой широкое применение находят закалка в двух средах и ступенчатая закалка. Закалка в двух средах состоит в прерывистом охлаждении изделия - сначала в воде до температуры 300 С, а затем в масле или на воздухе до 20 С. Такой режим закалки обеспечивает быстрое прохождение температурного интервала минимальной устойчивости аустенита при охлаждении в воде, а перенос изделия на воздух или в масло уменьшает внутренние напряжения, которые возникли бы при быстром охлаждении. 

Охлаждение изделий при закалке можно проводить в одном охладителе ( непрерывная закалка); в двух средах - вначале в воде, а затем в масле ( прерывистая закалка); ступенчато, когда нагретое до температуры закалки изделие погружают в горячую среду, а затем, после выдержки, охлаждают на воздухе или в холодном масле.  При ступенчатой закалке в стали остается больше аустенита, чем при непрерывной закалке, так как мартенситное превращение, протекающее при охлаждении на воздухе, менее полное, чем при непрерывной закалке. В результате уменьшаются объемные изменения из-за большого содержания остаточного аустенита, коробление вследствие почти одновременного мартенситного превращения по всему изделию, возможность образования трещин. 

Мартенснтное превращение протекает при охлаждении на воздухе, но менее полно, чем при непрерывной закалке, вследствие чего сталь сохраняет больше остаточного аустенита. 

Мартенситное превращение протекает при охлаждении на воздухе, но менее полно, чем при непрерывной закалке, вследствие чего сталь сохраняет больше остаточного аустенита. При ступенчатой закалке уменьшаются: объемные изменения вследствие присутствия большего количества остаточного аустенита и возможности самоотпуска мартенсита; коробление в результате того, что мартен-ситное превращение протекает почти одновременно во всех участках изделия и опасность появления трещин. 

  1. Изучить раздаточный материал

  2. Ответить на предложенные вопросы

  3. Провести анализ приемов непрерывной закалки

  4. Сделать выводы по проделанной работе

По окончанию работы результаты предъявить преподавателю для просмотра и выставления оценки.



























Практическая работа № 6

Тема : Анализ процесса диффузионной металлизации

Цель: Освоение методики анализа процесса диффузионной металлизации

Оборудование: тетрадь для практических работ, раздаточный материал

Ход работы

Диффузионной металлизацией называется ХТО, при которой поверхность стальных деталей насыщается различными элементами: алюминием, хромом, кремнием и др. После такой обработки повышаются жаростойкость ( окалиностойкость), износостойкость, коррозионная стойкость. Поскольку при насыщении поверхности стали другими металлами должны образовываться твердые растворы замещения, диффузионная металлизация всегда требует большой затраты времени. 

Применение диффузионной металлизации технически эффективно и экономически выгодно. Детали из углеродистых сталей, насыщенные с поверхности хромом, алюминием или кремнием, становятся жаростойкими при температуре 1000 - 1100 С, что значительно выгоднее, чем изготовление их из дорогостоящих жаростойких легированных сталей. 

При диффузионной металлизации сталь может насыщаться и другими металлами. Бериллизованный слой характеризуется большой твердостью и высокой жаростойкостью. 

При диффузионной металлизации деталь укладывается в порошкообразный предназначенный для диффузии элемент и подвергается длительному нагреву ( 3 - 20 ч) при температуре 900 - 1150 С. Такой способ обработки поверхностей деталей дает хорошие результаты с точки зрения повышения кавитационной стойкости материала ( см. табл. 20), однако из-за очень большой его стоимости он применяется чрезвычайно редко. [

К диффузионной металлизации примыкает по сущности процесса метод оксидирования, или пассивирования. 

При диффузионной металлизации производят насыщение поверхности стали металлами - хромом ( хромирование), алюминием ( алитирование), кремнием ( силицирование) и др. При диффузионной металлизации преследуется цель получить твердый и износоустойчивый поверхностный слой с высоким сопротивлением коррозии и окислению. Наиболее изученным в настоящее время является процесс алитирования. Алитирование основано на процессе диффузии алюминия в железо. Внешней средой в этом случае является порошок, состоящий из 49 % ферроалюминия, 49 % окиси алюминия и 2 % нашатыря. Детали, подлежащие алити-рованию, нагревают до 950 - 1000 в течение 4 - 16 час. 

При диффузионной металлизации сталь может насыщаться и другими металлами. Бериллизованный слой характеризуется большой твердостью и высокой жаростойкостью. 

При твердой диффузионной металлизации детали нагревают в смеси ферросплава ( сплава железа с элементом, используемым для металлизации) с хлористым аммонием. В результате реакций образуются летучие соединения металла ( металлизатора) с хлором, которые при контакте с металлической поверхностью детали диссоциируют с образованием свободных металлических атомов, диффундирующих в поверхностный слой детали. 

Актированием называется диффузионная металлизация алюминием. 

Какие виды диффузионной металлизации существуют. 

Аналогично алитированию производят диффузионную металлизацию другими металлами. 

Новое направление в области диффузионной металлизации связано с процессом диффузии электронов, ионов, нейтронов в поверхностный слой металла. Бомбардировка электронами с помощью электронной пушки-ускорителя создает сильно нагретый поверхностный слой металла. При остывании получается гладкая оплавленная поверхность с высокопрочными свойствами. В поверхностный слой детали можно направить с большой скоростью ионы более прочного металла и создать на его поверхности улучшенный слой металла, который путем диффундирования проникает на большую глубину. При обычной металлизации это не удается, так как образовавшаяся при нагреве деталей оксидная пленка, или окалина, мешает проникновению атомов вводимого металла. При бомбардировке ионы легко в него проникают.

  1. Изучить раздаточный материал

  2. Ответить на предложенные вопросы

  3. Сделать выводы по проделанной работе

По окончанию работы результаты предъявить преподавателю для просмотра и выставления оценки.



























Практическая работа № 7

Тема : Анализ процесса упрочнения металла методом лазерного воздействия

Цель: Освоение методики анализа процесса упрочнения металла методом лазерного воздействия

Оборудование: тетрадь для практических работ, раздаточный материал

Ход работы




Термическая обработка материалов лазерным излучением



Поверхностное упрочнение металлических деталей – перспективный

технологический процесс, открывающий целый ряд новых возможностей для

повышения эксплуатационных характеристик деталей машин, инструмента.

Поверхностное упрочнение деталей лучом лазера характеризуется рядом

преимуществ, а именно: упрочнением локальных (по глубине и ширине) объемов

деталей в местах, их износа с сохранением исходных свойств материала в

остальном объеме, твердость при этом превышает 15 – 20% твердость посте

термообработки существующими способами.

Упрочнением поверхностей труднодоступных полостей, углублений, куда

луч лазера может быть введен с помощью оптических устройств; созданием

«пятнистого» поверхностного упрочнения значительных площадей, при котором

не образуется сплошного хрупкого слоя, склонного к растрескиванию,

деформированию, отслаиванию и т.п.; получением заданных свойств

(механических, химических и других) обрабатываемых поверхностей деталей

путем их легирования различными элементами с помощью излучения лазера;

отсутствием деформаций обрабатываемых деталей, обусловленных локальностью

термообработки, что позволяет практически полностью исключить финишную

обработку; отсутствием механического воздействия на обрабатываемый

материал, что вместе с бесконтактностью лазерного нагрева обуславливает

простоту автоматизации процесса термообработки по контуру, в том числе

деталей сложной формы и др.

Лазерные методы упрочнения целесообразны при обработке поверхностей

сложной конфигурации, деформирование которых должно быть сведено к

минимуму; при трудности подвода теплоты к обрабатываемой зоне детали

обычными способами; при малых размерах поверхности обрабатываемых зон в

сравнении с размерами деталей.

Широкое внедрение методов лазерного упрочнения в различные отрасли

промышленности обуславливается рядом благоприятных факторов:

- наличием серийного лазерного высокопроизводительного оборудования

как импульсного, так и непрерывного действия;

- сравнительной простотой лазерного упрочнения, обуславливающей

несложный подбор технологических режимов обработки деталей;

- значительной номенклатурой обрабатываемых деталей, требующих

локального упрочнения;

- большой технико-экономической эффективностью, определяемой

достоинствами лазерной термообработки и др.

В ряде случаев формы и размеры различных деталей не позволяют

использовать существующие способы поверхностного упрочнения для

термообработки вследствие появления значительных напряжений в поверхностных

слоях, приводящих их к деформированию и т.д. Поэтому прочность деталей,

изготовленных, например, из конструкционных сталей в состоянии поставки,

как правило, невелика.

Методы лазерной обработки образуют группы, основанные, соответственно,

на нагреве, плавлении и ударном нагружении материала в зависимости от

плотности излучения лазера и времени его воздействия.

Нагрев определяет такие процессы, как отжиг материалов, а также

наиболее распространенный метод лазерного поверхностного упрочнения

посредством фазовых превращений в твердом состоянии в поверхностных слоях

металлов и сплавов при очень быстрых нагреве и последующем охлаждении.

Лазерное упрочнение, основанное на фазовых превращениях в

поверхностном слое, требует минимальной плотности потока излучения лазера

при максимальном его воздействии.


Физические основы упрочнения лазерным излучением



Большинство лазерных технологических процессов основывается на

тепловом воздействии лазерного излучения на непрозрачные среды. Воздействие

луча лазера на непрозрачные среды можно условно разделить на несколько

характерных стадий:

- поглощение светового потока и передача его энергии тепловым

колебаниям решётки твёрдого тела;

- нагревание вещества без его разрушения;

- развитие испарения вещества в зоне воздействия луча лазера и разлёт

продуктов разрушения;

- остывание вещества после окончания действия лазерного излучения.

Одновременно с указанными стадиями проходят диффузионные и химические

процессы, а так же фазовые превращения, оказывающие существенное влияние на

характер воздействия излучения лазера на материалы.

Количество поглощённой энергии зависит от оптических и теплофизических

свойств материалов, особенно для металлов и с увеличением длинны волны

излучения уменьшается.

Отражательная способность в оптическом диапазоне длин волн составляет

для большинства металлов 70 – 95 %, а коэффициент поглощения также

достаточно велик и составляет ~ 105-106см -1.

Стадию нагрева материалов излучением лазера следует считать основной

при анализе и исследовании ряда технологических процессов, выполняемых без

разрушения материалов.

Анализ этой стадии для других технологических процессов, основанных на

удалении обрабатываемого материала, позволяет определить условия

разрушения, например, температурную границу и соответствующий ей поток

излучения лазера.

После перехода энергии излучения лазера в теплоту начинается процесс

нагрева материала. Поглощённая световая энергия передаётся от зоны

воздействия «холодным» слоям с помощью различных механизмов

теплопроводности, из которых для металлов в интервале температур от сотен

до десятков тысяч градусов основным является электронная теплопроводность.


  1. Изучить раздаточный материал

  2. Ответить на предложенные вопросы

  3. Сделать выводы по проделанной работе





По окончанию работы результаты предъявить преподавателю для просмотра и выставления оценки.











































Практическая работа № 8

Тема : Анализ процесса упрочнения металла методом электроискровой обработки

Цель: Освоение методики анализа процесса упрочнения металла методом электроискровой обработки



Оборудование: тетрадь для практических работ, раздаточный материал.

Ход работы


Среди всех термических или химико-термических методов обработки металлов и их сплавов, которые применяются в металловедении, следует отдать предпочтение
электроискровой обработке металла. Суть ее заключается в том, что искровой разряд непосредственно воздействует на поверхность металла. В электрическом поле создается искровой разряд, который являет собой пучок ярких искровых каналов. Внутри каждого из них помещена плазма, которая состоит из ионов газа и электродных ионов, что с невероятной скоростью испаряются под действием разряда. Генератором импульса электричества считаются электроды, которые в свою очередь вместе с конденсатором создают цепь.

Электроискровая обработка металла происходит в жидком изоляторе, диэлектрике. Под действием такого импульса на металлические изделия поверхность металла получает нагрев в определенных точках. Вследствие чего металл начинает нагреваться, плавиться и испаряться. Так как все происходит очень быстро, а нагревание является точечным, то парообразование имеет характерный взрыв. Подробнее с методом можно ознакомиться на выставочной экспозиции.

При электроискровой обработке металлов и сплавов зачастую используют три вида аппаратов, которые и характеризуют вид обработки: для контактной, бесконтактной, а также анодно-механической обработки. Все типы установок представлены на выставке.

Принцип контактной обработки заключается в том, что обрабатываемую деталь опускают в ванну с жидким диэлектриком, которым служит керосин или машинное масло. Данная жидкость является анодом, катодом служит обрабатывающий инструмент, который подводят к детали. При помощи втягивающего сердечника, который располагается на ползунке, инструмент и соленоид, который подключен к переменному току, приводят в колебательное движение. Если частота колебаний тока составляет 50 Гц, то инструмент совершает примерно 100 колебаний в 1 секунду.

К электродам присоединен конденсатор, который периодически подвергается зарядке и разрядке. Зарядка конденсатора идет от постоянного тока через реостат с некоторым сопротивлением. В тот момент, когда электроды находятся в разомкнутом состоянии, при соприкосновении катода и анода между ними происходит пробой, и конденсатор разряжается. После этого произойдет короткое замыкание электродов.

Далее инструмент будет удаляться от рабочего изделия. Промеж электродов возникает зазор, кроме того, конденсатор опять заряжается. Напряжение повышается, и при будущем сближении их снова произойдет пробой.

Все импульсные разряды оставляют на электродной поверхности маленькие лунки. При перемещениях катода по анодной поверхности производится снятие металлического слоя. Данная установка работает в автоматическом режиме. При использовании различных форм инструментов можно обрабатывать детали аналогичных форм.

При бесконтактной обработке инструмент, который является электродом, подводится при помощи маховика и винта, который перемещает ползунок с инструментом к обрабатываемой поверхности заготовки. Между заготовкой и приспособлением создается незначительный зазор, который в процессе обработки периодически пробивается разрядом. Принцип работы заключается в том, что при включении аппарата от постоянного тока конденсатор заряжается. Напряжение электродов каждый раз увеличивается до начала пробоя, в то время когда между ними существует зазор, и конденсатор разряжается. При разряде верхний слой металла снимается, и расстояние между анодом и катодом увеличивается. При такой обработке следует регулировать зазор между электродами. Установка не очень сложная, но требует значительных затрат инструмента, который является электродом.

Используют также анодно-механический способ, при котором используют импульсное плавление металлических деталей. К обрабатываемой поверхности заготовки, а также инструменту подводится постоянный ток. При такой обработке инструмент должен подвергаться незначительному трению и скользить по поверхности детали. При соприкосновении инструмента и изделия происходит концентрация тока и в местах соприкосновения возникает нагрев, а также импульсное плавление металла. Между ними из сопла подается жидкость, образующая на поверхности металла защитную пленку. Такую технологию обработки часто используют при резке металлов и их сплавов.

  1. Изучить раздаточный материал

  2. Ответить на предложенные вопросы

  3. Провести анализ процесса упрочнения металла методом электроискровой обработки

  4. Сделать выводы по проделанной работе



По окончанию работы результаты предъявить преподавателю для просмотра и выставления оценки.









Практическая работа № 9

Тема : Анализ устройства и работы установок ТВЧ и ТПЧ.

Цель: Освоение методики анализа устройства и работы установок ТВЧ и ТПЧ.

Оборудование: тетрадь для практических работ, раздаточный материал

Ход работы


Назначение высокочастотных ТВЧ установок


Высокочастотные ТВЧ установки являются самыми универсальными по применению.Вот лишь некоторые возможности их применения:

  • Закалка и отпуск валов, шестерен, направляющих, труб, плоских поверхностей и внутренних отверстий. Глубина закаленного слоя от 1,5 до 3 мм.

  • Сквозной нагрев пластин, заготовок болтов и гаек для горячей штамповки. Нагрев перед гибкой, ковкой, объемной деформацией и вытяжкой.

  • Термопосадка и съем деталей валов, подшипников и турбин.

  • Пайка черных и цветных металлов. Пайка твердым припоем резцов, долотьев, буров, медных шин, беличьих клеток роторов электродвигателей.

  • Плавка любых магнитных и немагнитных материалов. Таких как: кремний, сталь, чугун, медь, латунь, бронза, золото, серебро, свинец, алюминий, магний.

  • Индукционная сварка прямошовных труб.

  • Отпуск предварительно напряженной арматуры.

  • Левитационная плавка металлов.

  • Сварка металлов и пластмасс.

Преимущества высокочастотных ТВЧ установок

hello_html_77a1d95f.jpg

  • Низкая цена позволяет окупить индукционное оборудование всего за полгода.

  • Большая экономия электроэнергии. Это современное энергосберегающее оборудование на транзисторных IGBT модулях. КПД — более 90%!

  • Малые габариты и вес позволяют располагать ТВЧ установки рядом с оборудованием последующего технологического цикла.

  • Двухблочные ТВЧ установки могут работать непрерывно. Одноблочные ТВЧ установки, работоспособны до 80% рабочего цикла.

  • Имеют пренебрежимо малую мощность холостого хода и не нуждаются в прогреве.

  • Обеспечивают быстрый нагрев заготовок изнутри, с глубины 1–2 мм.

  • Индукционная пайка самая прочная из всех существующих видов пайки, за счет вибрации припоя и флюса с частотой генерации магнитного поля.

  • ТВЧ установки идут на замену электрическим и газовым печам, обеспечивают высокую эргономику рабочего места и комфортные условия труда.

  • Отсутствует высокое напряжение и высокие частоты, что безопасно для персонала.

  • Легко научиться работать, навыки можно получить за 10 минут.


Конструкция современных высокочастотных ТВЧ установок

Высокочастотные индукционные ТВЧ установки имеют обозначение «ВЧ». Далее в названии модели указана максимальная потребляемая мощность, измеряемая в кВА, учитывающая как активную, так и реактивную составляющую, т. е. емкостную и индуктивную. Полная мощность зависит от согласования индуктора с конденсаторной батареей ТВЧ установки и ее резонансной частотой. Резонансная частота в транзисторных генераторах подстраивается автоматически в рабочем диапазоне частот. 

 hello_html_m2d08d21d.jpghello_html_14baac91.jpg

Буква «А» в названии модели означает наличие автоматического таймера с возможностью предварительной установки мощности и времени при нагреве и выдержке детали. Также есть третий таймер для времени остывания. Есть режим позволяющий работать в автоматическом цикле: нагрев — выдержка — остывание, без выключения ТВЧ установки. В этом режиме время уставки третьего таймера можно использовать для замены нагреваемой детали. Данные функции позволяют производить термообработку с высокой степенью повторяемости.

Буква «В» в названии модели означает бинарное исполнение, при котором высокочастотный универсальный трансформатор выполнен в виде отдельного блока .

Как правило, модели мощностью 15 и 25 кВА выполняются моноблочными и имеют рабочий цикл (непрерывное время работы) — 80%. При эксплуатации данных приборов в непрерывном цикле 100% можно купить их в двухблочном исполнении. Модели от 40 кВА всегда выпускаются в двухблочном исполнении и рассчитаны на рабочий цикл — 100%. В этом случае необходимо отличное охлаждение прибора, как высокое давление воды, так и ее низкая температура.

В зависимости от мощности ТВЧ установки, блок высокочастотного трансформатора соединяется с генератором и конденсаторной батареей, установленной в корпусе генератора, кабелем различного сечения. Кабелей может быть от одного до трех.

Универсальные высокочастотные трансформаторы, которыми оборудованы ТВЧ установки данного класса, как правило, не имеют изменяемого коэффициента трансформации. Приятным исключением из этого правила является модель ВЧ-80ПКТ (Аббревиатура расшифровывается как Переключаемый Коэффициент Трансформации). На этой модели можно задать три различных коэффициента трансформации и применять индукционные катушки от одного до 5–6 витков в зависимости от диаметра катушки. Именно такую ТВЧ установку рекомендуется применять для укомплектования небольших индукционных закалочных станков. Профессиональная работа по высокочастотной закалке начинается с использования закалочных трансформаторов серии ВЧТЗ.

Охлаждение индукторов у моделей ВЧ-15А и ВЧ-25А осуществляется через сам прибор. Индукторы, начиная с модели ВЧ-40АВ и более мощные, имеют собственный вход — выход для охлаждения. Принципиальная разница состоит в том, что в этом случае при закалке деталей в индуктор можно подавать, закалочную воду или закалочную жидкость на основе воды. В этом случае индуктор служит одновременно закалочным спреером. А сам прибор можно охлаждать, как и положено дистиллированной водой нужной температуры.

Электрическое питание у ТВЧ установок мощностью до 15кВА — однофазное с напряжением 220В. Установки мощностью 25–160 кВА питаются от трехфазной сети с напряжением 380 В. На задней, нижней части корпуса ТВЧ установки расположено заземление для защиты персонала от поражения электрическим токов, не пренебрегайте им.

Можно сказать, что индукционные ТВЧ установки это симбиоз электрического преобразователя тока и системы водяного охлаждения. Необходимо обслуживать и содержать в нормальном состоянии обе эти системы. Неправильная работа любой из них приводит к поломке прибора в целом.

Тиристорные преобразователи частоты ТПЧ

Частотные преобразователи уже несколько десятилетий широко применяются для плавного частотного пуска и регулирования частоты вращения синхронных и асинхронных электродвигателей, осуществляющих привод механизмов различного назначения: насосов, вентиляторов, компрессоров, шаровых мельниц, генераторов (в режиме раскрутки) и т.д.

Преимущества использования частотных преобразователей хорошо известны. В первую очередь это значительная экономия электроэнергии за счет регулирования частоты вращения электродвигателя. Кроме того, обеспечение плавного частотного пуска с помощью преобразователя частоты значительно снижает тепловые и механические нагрузки при пуске электродвигателя, что дает экономический эффект в виде увеличения общего срока службы электродвигателя и приводных механизмов, увеличения межремонтного периода и повышения надежности работы предприятия в целом.

Преобразователи частоты типа ТПЧ

Преобразователи частоты типа ТПЧ – мощные высоковольтные частотные преобразователи частоты на основе силовых тиристоров и цифрового управления без применения датчика положения ротора. Используются для плавного частотного пуска и регулирования частоты вращения синхронных электродвигателей, турбогенераторов, двигателей-генераторов, дымососов и др. Обеспечивает возможность «подхвата» двигателя с любой частоты вращения, рекуперативное торможение, высокий пусковой момент и широкий диапазон регулирования момента, устойчивость к любым переходным процессам в сети.

Назначение и область применения

Тиристорный преобразователь частоты (ТПЧ) предназначен для плавного пуска и непрерывного регулирования частоты вращения синхронного электродвигателя, обеспечивающего привод таких агрегатов, как компрессор, вентилятор (дымосос), насос, шаровая мельница и т.п. При этом двигатель должен иметь щеточное возбуждение от статического тиристорного возбудителя.

Тиристорный преобразователь позволяет:

  • осуществлять плавный частотный пуск ненагруженного или нагруженного двигателя с ограничением пускового тока до уровня, не превышающего номинального значения;

  • вести плавное регулирование частоты вращения двигателя в диапазоне 10…105% от номинального значения либо по внешнему заданию, либо по сигналу от собственного регулятора, обеспечивающего поддержание регулируемого параметра (давления, расхода, момента) в соответствии с уставкой;

  • ограничивать работу приводного механизма по скорости, моменту, мощности и т.д.;

Экономическая эффективность от использования ТПЧ определяется:

  • экономией электроэнергии, тепла, пара за счет оптимизации работы электродвигателя и приводного агрегата в соответствии с графиком нагрузки;

  • повышением срока службы двигателя и приводного агрегата и снижением эксплуатационных затрат на их ремонт и обслуживание за счет ликвидации ударных воздействий при прямых пусках;

  • снижением затрат на ремонт трубопроводов за счет стабилизации давления в магистрали.

Оборудование тиристорного преобразователя частоты предназначено для установки в закрытом отапливаемом помещении и соответствует климатическому исполнению УХЛ категории размещения 4.2 по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.

Схема преобразователя

В зависимости от технологического цикла и графика нагрузки может требоваться разный диапазон изменения скорости вращения регулируемого двигателя, поэтому ТПЧ может быть выполнен по 6-ти или 12-ти пульсной схеме тиристорный  выпрямитель - тиристорный инвертор со звеном постоянного тока.

6-пульсный тиристорный преобразователь (схема на рис. 1):

При работе ТПЧ, 6-пульсный тиристорный инвертор создает в обмотке статора ток с большим содержанием высших гармоник, что вызывает дополнительный нагрев обмоток двигателя и требует ограничения его мощности. Поэтому применение схемы ТПЧ с 6-пульсным тиристорным инвертором возможно в следующих случаях:

  • Максимальная мощность на валу двигателя в длительном режиме не превышает 80% от номинала.

  • При необходимости использовать двигатель на 100% мощности возможно построение 2-х ступенчатой схемы регулирования: 
    I-ступень: плавное регулирование частоты вращения двигателя в диапазоне 10…80% от номинала.
     
    II-ступень: переключение на питающую сеть – 100% номинальной мощности, с возможностью последующего обратного перехода в режим плавного регулирования.

  • Для специальных вентильных двигателей, допускающих загрузку обмоток статора высшими гармониками, эта схема обеспечивает их использование на 100% мощности.

  • Для пуска мощных ненагруженных синхронных машин, например обратимых двигателей-генераторов гидроаккумулирующих станций (ГАЭС) или генераторов газотурбинных установок (ГТУ). В некоторых случаях –тиристорный преобразователь частоты является единственно возможным техническим решением для осуществления пуска и прокрутки мощных электродвигателей.

hello_html_m12f2aaa5.jpg

Рис.1. Однолинейная схема ТПЧ-6п


  1. Изучить раздаточный материал

  2. Ответить на предложенные вопросы

  3. Провести анализ устройства и работы установок ТВЧ и ТПЧ.

  4. Сделать выводы по проделанной работе







По окончанию работы результаты предъявить преподавателю для просмотра и выставления оценки.









































Практическая работа № 10

Тема : Экскурсия в термический отдел КПЦ

Цель: Формирование понятий о современном производстве УралКуз , о специализации КПЦ, о размещении цеха.

Оборудование: тетрадь для практических работ.

Ход работы

  1. Создать у обучающихся представление о цехе КПЦ и термическом отделе цеха.

  2. Составить план наблюдений ( что что наблюдать и с какой целью).

  3. Довести до сведения обучающихся сроки и формы подведения итогов.

  4. Ответы на вопросы.



По окончанию работы результаты предъявить преподавателю для просмотра и выставления оценки.































Практическая работа № 11

Тема : Выбор параметров термической обработки изделий из сталей различных марок для получения выпуска продукции с заданными свойствами.

Цель:. Освоение методики выбора параметров термической обработки изделий из сталей различных марок для получения выпуска продукции с заданными свойствами.



Оборудование: тетрадь для практических работ, раздаточный материал.

Выполнение работы

Проведём сравнительный анализ имеющихся сталей: Ст4сп, 45 и 40ХН.

Их химический состав в соответствие с ГОСТами приведён в табл.4.

Таблица 4 Химический состав некоторых сталей № Марка Содержание элементов, вес. % п/п стали C Mn Si S P Cr Ni 1 Ст4сп 0,18 – 0,27 0,4 – 0,7 0,15– 0,30 не более 0,050 не более 0,04 _ _ 2 45 0,42– 0,50 0,5 – 0,8 0,17– 0,37 не более 0,035 не более 0,035 _ _ 3 40XН 0,36 – 0,44 0,5 – 0,8 0,17– 0,37 не более 0,035 не более 0,035 0,45 – 0,75 1,0 – 1,4 18

Сталь марки Ст4сп по ГОСТ 380 - 94 имеет в состоянии поставки σв= 420…540 МПа, σ0,2 = 240…260 МПа, т.е. значительно меньше 800 МПа. У стали 45 после нормализации, т.е. в состоянии поставки, σв ≈ ≈610 МПа, σ0,2 ≈ 360 МПа [11], что тоже ниже требуемого значения.

Сталь 40XН в состоянии поставки (после отжига) по ГОСТу 4543–71 имеет твёрдость не более НВ2070 МПа (207 кГ/мм2 ). Между σв и НВ ста- лей существует приближённая зависимость НВ ≈ 3,5 σв [12]. Следова- тельно, у стали 40ХН σв ≈ 600 МПа, а σ0,2< 400 МПа, т.к. отношение σ0,2/σв для отожжённой легированной стали не превышает 0,5…0,6 Таким образом, ни одна из этих сталей в состоянии поставки не имеет σ0,2 ≥ 800 МПа, поэтому для получения требуемой величины предела текучести шатун необходимо подвергнуть термической обработ- ке. Для низкоуглеродистой стали Ст4сп улучшающее влияние термиче- ской обработки незначительно. Кроме того, эта сталь имеет повышенное содержание фосфора, который снижает ударную вязкость и повышает порог хладноломкости (каждые 0,01% Р сдвигают его на 20-25 0 С в сторо- ну положительных температур). Поэтому для такой ответственной детали, как шатун двигателя, применение стали обыкновенного качества не- допустимо. Остаются стали 45 и 40ХН. Для получения требуемых свойств и, в частности, ударной вязкости не менее 0,7 МДж/м2 , требуется провести улучшение, т.е. закалку с высоким отпуском. Для получения однородных свойств по всему сечению детали улучшаемые стали должны обладать полной, т.е. сквозной прокаливаемостью.

Сталь 45 имеет критический диаметр при закалке в воде Д90 = 10мм, Д50 = 15мм (90% и 50% мартенсита в центре детали соответ- ственно), а у стали 45ХН Д90 = 20мм, Д50 = 35мм даже при охлаждении в масле . Таким образом, углеродистая сталь 45 не будет иметь требуемых свойств по всему сечению шатуна толщиной 20 мм, поэтому данный шатун необходимо изготовить из стали 40ХН.

Характеристика стали 40ХН Химический состав стали .Критические точки: Ас1= 7100 С, Ас3= 7600 С, Мн = 3400 С [7]. Сталь легирована хромом и никелем. Оба элемента растворяются в феррите и упрочняют его. При этом хром несколько снижает вязкость феррита, а никель повышает её. Важное значение имеет влияние легирующих элементов на порог хладноломкости. Наличие хрома в стали способствует некоторому повышению порога хладноломкости, тогда как никель его интенсивно снижает (при содержании в стали 1% никеля порог хладноломкости снижается 19 на 60 …80 0 С), уменьшая тем самым, склонность стали к хрупкому раз- рушению. Поэтому никель является наиболее ценным легирующим элементом.

Основная цель легирования конструкционной стали – повышение её прокаливаемости. Оба названные элементы снижают критическую ско- рость закалки и увеличивают прокаливаемость стали. Таким образом, хромоникелевые стали обладают достаточно высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью. Поэтому их применяют для изготовления крупных деталей сложной конфигурации, работающих при динамических нагрузках.

Механические свойства стали 40ХН в зависимости от температуры отпуска (закалка от 8200 С в масле).

    1. Выбор и обоснование режимов термической обработки

Сталь 40ХН является доэвтектоидной конструкционной легирован- ной сталью. Температура нагрева при закалке выбирается в этом случае на 50 …700 С выше критической точки Ас3, т.е. tн = Ас3 + (50 …70) 0 С = 760 0 С + 60 0 С = 820 0 С. Для получения мартенситной структуры при закалке стали её необ- ходимо охлаждать со скоростью не меньшей, чем критическая скорость закалки (Vохл. ≥ Vкр.). Vкр= min min 1,5 А t τ − = 1,5 1,5 710 550 − ≈70 0 /с . 21 В качестве закалочной среды следует применить минеральное машинное масло, в котором скорость охлаждения в интервале температур наименьшей устойчивости переохлаждённого аустенита (650 … 550 0 С) составляет примерно 150 0 /с, что больше Vкр. данной стали. В нижнем, мартенситном интервале температур масло охлаждает с небольшой скоростью (20… 30 0 /с) что уменьшает вероятность образования закалочных дефектов. После закалки структура стали по всему сечению шатуна состоит из мартенсита и ~ 3 …5 % остаточного аустенита. Для получения требуемых механических свойств и уменьшения внутренних напряжений, возникших при закалке, сталь подвергают отпуску. С повышением температуры отпуска прочностные свойства конструкционной стали уменьшаются, а её пластичность и вязкость возрастают. Для получения σ0,2≥800 МПа и KCU≥0,7 МДж/м2 температура отпуска стали 40ХН должна быть 600 0 С (рис.5). В связи с тем, что хромоникелевые стали склонны к обратимой отпускной хрупкости, охлаждение шатунов из стали 40ХН до комнатной температуры при отпуске следует про- водить ускоренно, например в масле. Таким образом, окончательной термической обработкой шатуна ДВС из стали 40ХН является улучшение, т.е. сталь закаливают от температуры 820 0 С в минеральном машинном масле и проводят высокий отпуск при температуре 600 0 С с охлаждением также в масле. После такой термической обработки структура стали по всему сечению шатуна представляет собой сорбит отпуска, а механические свойства будут не менее :

предел прочности – 1100 МПа,

предел текучести – 800 МПа,

относительное удлинение – 20%,

относительное сужение – 70%,

ударная вязкость – 1,5 МДж/м2 ,

порог хладноломкости: tверх = – 40 0 С, tнижн = – 130 0 С.

Указанный комплекс механических свойств обеспечит заданную ра- ботоспособность шатуна двигателя внутреннего сгорания.

1.Изучить раздаточный материал

2.Ответить на предложенные вопросы

3.Освоить методики выбора параметров термической обработки изделий из сталей марки У8 для получения выпуска продукции с заданными свойствами.

  1. Сделать выводы по проделанной работе

























Практическая работа № 12

Тема : Выбор параметров термообработки прокатных валков с заданными свойствами

Цель: Выбор параметров термообработки прокатных валков с заданными свойствами

Оборудование:, тетрадь для практических работ, раздаточный материал

Выполнение работы

Термообработка валков холодной прокатки

Холодная прокатка по сравнению с горячей имеет два больших преимущества. Во-первых, она позволяет производить листы и полосы толщиной менее 0,8-1 мм, вплоть до нескольких микрон, что горячей прокаткой недостижимо. Во-вторых, она обеспечивает получение продукции более высокого качества по всем показателям - 
точности размеров, отделке поверхности, физико-механическим свойствам. Эти преимущества холодной прокатки обусловили ее широкое использование, как в черной, так и в цветной металлургии. Вместе с тем необходимо отметить, что процессы холодной прокатки являются более энергоемкими, чем процессы горячей прокатки.

Разнообразие сортамента холоднокатаной листовой продукции обеспечивается применением прокатных станов различной конструкции, с очень разными техническими характеристиками и уровнями производительности. Огромным значением в холодной прокатке обладают рабочие органы станов – валки.

Валки станов холодной прокатки испытывают воздействие очень высоких контактных давлений, которые, как правило, в несколько раз превышают величину предела текучести деформируемого металла при комнатной температуре. В связи с этим валки должны обладать соответствующей прочностью и твердостью. Второе, что необходимо учитывать, - это повышенные требования к качеству поверхности холоднокатаных листов. Чтобы удовлетворить их, валки должны иметь определенный микрорельеф поверхности; также недопустимы различные макроповреждения и дефекты.

Рабочие валки станов холодной прокатки изготавливают из высокоуглеродистых сталей, легированных хромом, ванадием, вольфрамом и другими элементами. Чаще всего применяют валки из сталей 9Х, 9ХФ, 9Х2, 9Х2В, 9Х2СФ, 9Х2МФ, 9Х2СВФ, 60Х2СМФ. 
После отливки и ковки валки подвергаются сложной термической обработке, на заключительной стадии - поверхностной закалке с отпуском. Твердость бочки рабочих валков обычно находится в пределах 90-102 HSD (по Шору), твердость шеек 30-55 HSD. Толщина закаленного поверхностного слоя валков должна быть не менее 3
 
% радиуса валков. Для рабочих валков большого диаметра (порядка 500-600 мм) рациональная толщина закаленного слоя составляет примерно 10-12 мм. В последние годы рабочие валки многовалковых станов, предназначенных для прокатки особо твердых и тонких лент, иногда изготавливают из твердых металлокерамических сплавов на основе карбида вольфрама (85-90 % карбида вольфрама и 10-15% кобальта).
 
Методом горячего прессования и спекания удается получать цельные валки диаметром до 80 мм, длиной до 1500 мм. Твердость таких валков достигает 115-125 HSD. Их износостойкость в 30-50 раз превышает стойкость валков из легированных сталей. Благодаря очень высокому модулю упругости, карбидовольфрамовые валки сплющиваются в очаге деформации в 3 раза меньше, чем стальные валки. Вместе с тем надо иметь в виду, что карбидовольфрамовые валки имеют большую стоимость и повышенную хрупкость. Последнее затрудняет их использование при ударной нагрузке и значительных прогибах.

Опорные валки бывают трех типов: цельнокованые, литые и составные (бандажированные). Наиболее распространены цельнокованые опорные валки. Их изготавливают из сталей 9Х, 9Х2, 9ХФ, 75ХМ, 65ХНМ. Для изготовления осей составных валков используют более простые, менее легированные марки сталей: 70, 55Х, 50ХГ, 45ХНВ, 45ХНМ. Бандажи по своему химическому составу соответствуют цельнокованым валкам. 
Твердость бочки опорных валков обычно составляет 60-85 HSD. На практике установлено, что работоспособность новых валков, особенно рабочих, прошедших сложную термическую обработку, значительно повышается при вылеживании их в течение 5-6 месяцев; это способствует снятию внутренних напряжений в валках. Следовательно для тяжелого машиностроения большое значение имеет всестороннее исследование изготовления валков станов холодной прокатки. Несмотря на то, что достигнут прогресс в изготовлении высококачественных поковок, развитие этого вида производства остается одной из самых актуальных проблем тяжелого машиностроения.

Термическая обработка является завершающим этапом в металлургическом цикле производства поковок. Для такой термообработки характерно наличие значительных перепадов температуры по сечению, что наряду с неодновременностью протекания фазовых превращений приводит к возникновению значительных временных и остаточных напряжений.

Одной из главных причин низкого качества, а порой и брак поковок (в частности, образование флокенов) является чрезмерная насыщенность металла водородом ( от 3 до 12 см3 на 100 г.).

Все это приводит к необходимости установления длительных режимов термической обработки, которые не всегда научно обоснованны и различны на различных предприятиях.Легирование сталей должно обеспечивать достаточную полноту растворения карбидов и легированность мартенсита, а также сохранение мелкого аустенитного зерна, для чего стали легируют небольшими добавками ванадия. В целях повышения вязкости в состав валковых сталей вводят молибден. Введение в сталь хрома (9Х, 9Х2) увеличивает прокаливаемость, прочность, износостойкость стали, но снижает пластичность. Дальнейшее повышение прокаливаемости достигается при увеличении содержания хрома и введения в сталь молибдена (9Х2МФ) или вольфрама (9Х2В).

Большое значение имеет чистота сталей по неметаллическим включениям. Полезным является применение стали повышенной чистоты вакуумных способов выплавки. Это особенно важно при производстве валков для прокатки фольги.

Широкое применение имеет шарикоподшипниковая сталь ШХ15, с повышенной чистотой по неметаллическим включениям, что способствует заметному увеличению контактной выносливости валков станов холодной прокатки листа, ленты, основных рабочих деталей станов.

При использовании качественных заготовок стали ШХ15, в которых отсутствуют карбидная сетка, участки карбидной ликвации, резко выраженная карбидная полосчатость, а также при правильно проведенной термической обработке (закалке с низким отпуском на твердость 62 – 64 HRC), детали прокатных станов характеризуются, в большинстве случаев, удовлетворительной работоспособностью. Однако постоянное увеличение эксплуатационных параметров станов холодной прокатки, связанное с ростом производительности и увеличением контактных напряжений в очаге деформации до 2200-2600 МПа, требует повышения усталостной прочности и износостойкости валковых сталей.

Пониженная закаливаемость образцов и изделий из стали ШХ15 при акалке их вмасле отмечается как отечественными, так и зарубежными исследователями. Так, японские ученые, получив, посредством многократного электронно-лучевого переплава, исключительно чистую по неметаллическим включениям шарикоподшипниковую сталь, обнаружили, что в процессе работы подшипников, изготовленных из такой стали, разрушение начинается по микрообъёмам с бейнитной структурой, обладающих более низкой твёрдостью (45-50 HRC) по сравнению с основной массой мартенсита (63-64 HRC).

Анализ диаграммы изотермического распада аустенита стали ШХ15 (рис.) показывает, что при закалке в масле как минимум два фактора способствуют снижению твёрдости: 1- прохождение через область, где из аустенита выделяются вторичные карбиды «А-К» - рисунок – частичное бейнитное превращение из-за того, что при закалке вмасле скорость охлаждения оказывается меньше критической (рис.).

hello_html_78ef404e.jpg

Диаграммы изотермического распада аустенита (начало распада) сталей ШХ15 и ШХ15СГ; схема скоростей охлаждения при закалке в масле и  через воду в масло» (А.А.Попов и Л.Е.Попова)

Водород – наиболее опасная и вредная примесь в стали. Количество водорода в стали зависит от способов выплавки, вида применяемого топлива, шлакового режима, продолжительности плавки, кипения, раскисления и других факторов. Он может быть  внесен шихтовыми, легирующими, шлакообразующими материалами, рудой и раскислителями. При повышении содержания водорода происходит снижение пластичности и вязкости стали. Степень снижения этих характеристик зависит от содержания водорода и его состояния, а также от химического состава и структуры стали.

Рабочие и опорные валки прокатных станов упрочняют путем поверхностной закалки обычно с применением индукционного нагрева и низкотемпературного отпуска. При этом сердцевина валков должна иметь достаточную вязкость для предотвращения разрушения при нарушениях работы прокатных станов и возникновения перенапряжений. Поверхностная твердость рабочих валков существенно выше, чем опорных.

Состав стали и режимы термической обработки сталей для валков должны обеспечивать после закалки и отпуска оптимальную структуру гомогенного мартенсита с высокодисперсными карбидами. Вследствие малого времени аустенизации при индукционном нагреве структура валков холодной прокатки должна быть предварительно подготовлена, для чего проводят предварительное улучшение.

Обычный интервал температур аустенизации сталей для валков составляет 850-950 °С.  Температура отпуска закаленной стали определяется необходимым уровнем поверхностной твердости и может меняться от 150 до 400 °С.

Термическая обработка при индукционном нагреве имеет ряд преимуществ по сравнению с обработкой при обычном нагреве. При ее использовании улучшается качество изделий и значительно повышается роизводительность. Благодаря резкому сокращению времени нагрева продолжительность операций термической бработки в ряде случаев не только не превышает технологического времени, необходимого для 
выполнения смежных операций механической обработки, но даже оказывается меньше его. Индукционный нагрев используется при нагреве под ковку, нормализацию и закалку стальных и чугунных изделий, при патентировании, а иногда и при цементации.

Существует множество факторов, влияющих на кинетику индукционного нагрева. Индукционный нагрев можно рассматривать как особый вид нестационарного процесса теплопроводности с внутренними оложительными и отрицательными источниками энергии. При этом положительным источником является индуктируемый в теле изделия 
электрический ток, трансформирующийся в тепловую энергию, а отрицательными – тепловые эффекты эндотермических реакций фазовых и магнитных превращений. Анализ процесса индукционного нагрева показывает, что, хотя единственная причина нагрева – выделение электрической энергии во всем объеме проводника, непосредственное ее влияние на распределение температур по сечению
 
ограничивается только весьма тонким поверхностным слоем.

При ускоренном нагреве основные превращения исходных фаз в аустенит смещаются в область более высоких температур, а весь процесс происходит в более широком температурном интервале. Благодаря этому значительно увеличивается число одновременно возникающих зародышей; зерна аустенита отличаются большей измельченностью.

Другой особенностью аустенита, образующегося при индукционном нагреве с большой скоростью, является усложнение внутризеренного строения. Скорость нагрева существенно влияет на элементы тонкой структуры – на величину блоков мозаики и напряжения второго рода. При большой скорости нагрева можно добиться измельчения блоков мозаики более чем в три раза и соответственно почти вдвое увеличить твердость сплава.

Третья характерная особенность аустенита, получаемого при быстром ндукционном нагреве, - весьма большая его неоднородность.

Как измельчение зерен и усложнение внутризеренного строения аустенита, так и его большая неоднородность после быстрого нагрева – все это положительные факторы, способствующие повышению прочности и пластичности в результате индукционной термической обработки в сравнении с обычной.

Процесс индукционной закалки с самоотпуском состоит из четырех периодов: нагрев, охлаждение (закалка), самоотпуск и охлаждение.

Поскольку аустенит, получаемый при быстром индукционном нагреве, обладает очень большой неоднородностью, его распад при охлаждении происходит в более широком температурном интервале. Микрообъемы с повышенным содержанием углерода превращаются в мартенсит при температуре, более низкой, чем мартенситная точка, соответствующая среднему содержанию углерода в данной стали. Микрообъемы, имеющие пониженную против средней концентрации углерода, наоборот, претерпевают мартенситное превращение при более высокой температуре, при которой возможен частичный отпуск. Таким образом, по достижении температуры охлаждающей среды закаленный объем оказывается не сплошь заполненным мартенситными кристаллами, что, по-видимому, определяет несколько повышенную ударную вязкость. Так как процессы отпуска частично проходят уже в процессе охлаждения при индукционной 
закалке, то для окончательного отпуска нет необходимости применять те же режимы, что и после обычной закалки, а можно снизить температуру отпуска и сократить его продолжительность. При этом свойства оказываются даже более высокими, чем после обычных закалки и отпуска.

Термическая обработка поковок валков холодной прокатки довольно длительная операция. Электротермическую обработку можно проводить по четырем режимам. Первый состоит из улучшения и закалке токами промышленной частоты; второй из отжига и электрозакалки; третий из улучшения, подогрева до температуры ниже Ас1 (500-600 °С) и электрозакалки; четвертый из отжига, двойной электрозакалки электрозакалка, высокий отпуск при 600 °С, электрозакалка).

Температура закалки при электрическом нагреве повышают до 890-940 °С; температура отпуска в масляной ванне 150 °; выдержка берется из расчета 1,5 часа на 10 мм диаметра. Предварительный подогрев до 500-600 градусов в процессе закалки увеличивает глубину слоя и снижает требующуюся мощность.

После закалки поверхность валков приобретает твердость 98-102 единиц по Шору, что на 5-10 единиц больше, чем после обычной закалки; колебания твердости на бочке не превышают 2-3 единиц. Глубина активного слоя лежит в пределах 10-15 мм; при печном нагреве под закалку она составляет всего 7 мм.

Если исследовать прокаливаемость валков холодной прокатки после различных режимов термической обработки, то видно, что наиболее благоприятные результаты получены на валках, подвергавшихся электрозакалке в отожженном состоянии.

  По окончанию работы результаты предъявить преподавателю для просмотра и выставления оценки.

















































Курс повышения квалификации
Курс профессиональной переподготовки
Педагог-библиотекарь
Курс профессиональной переподготовки
Библиотекарь
Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация

Вам будут интересны эти курсы:

Курс повышения квалификации «Правовое обеспечение деятельности коммерческой организации и индивидуальных предпринимателей»
Курс повышения квалификации «Основы местного самоуправления и муниципальной службы»
Курс профессиональной переподготовки «Клиническая психология: организация реабилитационной работы в социальной сфере»
Курс повышения квалификации «Специфика преподавания конституционного права с учетом реализации ФГОС»
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности экономиста-аналитика производственно-хозяйственной деятельности организации»
Курс повышения квалификации «Основы менеджмента в туризме»
Курс повышения квалификации «Использование активных методов обучения в ВУЗе в условиях реализации ФГОС»
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности секретаря руководителя со знанием английского языка»
Курс профессиональной переподготовки «Организация технической поддержки клиентов при установке и эксплуатации информационно-коммуникационных систем»
Курс профессиональной переподготовки «Политология: взаимодействие с органами государственной власти и управления, негосударственными и международными организациями»
Курс повышения квалификации «Информационная этика и право»
Курс профессиональной переподготовки «Стандартизация и метрология»
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.