Технологический процесс изготовления и обработки деталей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В соответствии с решениями Правительства России в настоящее время необходимо обеспечение дальнейшего экономического прогресса общества, ускорение научно-технического прогресса, повышение эффективности общественного производства для скорейшего выхода страны из кризиса. В настоящее время особое внимание уделяется необходимости оперативного развития машиностроительной области промышленности. Для этого необходимо разрабатывать и внедрять высокоэффективные методы повышения прочностных свойств, коррозионной стойкости, тепло и хладостойкости применяемых металлов и сплавов.

Использование автоматизированных линий и машин, автоматических манипуляторов с программным управлением позволит исключить ручной малоквалифицированный труд, особенно в тяжелых и вредных условиях для человека.

Постоянное расширение сферы автоматизации является одной из главных особенностей промышленности на данный этап.

Особое внимание уделяется вопросам промышленной экологии и безопасности труда производства. При проектировании современной технологии, оборудования и конструкций необходимо научно обосновано подходить к разработке безопасности и безвредности работ.

В связи с развитием промышленности усилилось загрязнение окружающей среды, поэтому рациональное использование природных ресурсов - дело государственного значения.

1. Производственное задание

Годовая производственная программа по выпуску продукции проектируемом термическом цехе составляет 7000 тонн.

Место расположения проектируемого термического цеха в - городе Москва. Главным источником тепловой энергии для проектируемого цеха является электроэнергия. К преимуществам электрического нагрева относятся:

- возможность регулирования в широких пределах процесса нагрева, выделение тепла без внесения в рабочее пространство топлива, и окислителя, что позволяет проводить процесс в весьма чистых и контролируемых атмосферах;

- отсутствие продуктов сгорания что предохраняет от загрязнения окружающую среду и уменьшает затраты на очистные установки.

Общие преимущества электротехнических устройств: транспортабельность, простота подачи электроэнергии, компактность конструкции, лучшие условия труда.

Недостатки электронагрева: большая стоимость электроэнергии по сравнению со стоимостью эквивалентного количества угля мазута и особого газа; сложность изготовления, комплектации и эксплуатации оборудования.

Электрический нагрев позволяет получить продукцию более высокого качества, электротермические процессы, улучшают и облегчают условия труда, повышают безопасность, обеспечивают комфорт.

С точки зрения характера производства проектируемый цех является крупносерийным. Детали изготовляются большими партиями, которые одновременно запускаются в производство.

Технические условия на изготовление выпускаемых изделий, на которых базируются технологические процессы термической обработки:

- материалы для изготовления: ЭП-817м, ВМС-2, ВМП-3, ВМС-5м, ЭП-288, ЭИ-878, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т;

- химический состав перечисленных сталей должен удовлетворять тем требованиям, которые перечислены в таблицах в металлургической части.

Таблица 1. - Спецификация деталей подвергаемых термической обработке:

наименование деталей	марка стали	масса, кг	габариты, мм	количество на программу
				штук	кг
фланец	ЭП-817	464	160062060	540	250560
траверка		1070	1400700140	300	321000
профиль		2.5	665800	15000	37500
профиль		6.3	8701600	16000	100800
лист		26.5	55001350	4800	127200
лист		30.58	55601400	4000	122320
шток		54.86	801400	7400	430290
пруток		19.21	451550	10000	192100
пруток		12.75	351700	3600	45900
лента		6.3	1.53001760	8000	50400
Итого:	1852790

Таблица 2:

наименование деталей	марка стали	масса, кг	габариты, мм	количество на программу
				штук	кг
пластина	ВМС-2	28.2	55101400	3000	84600
фланец		34.9	103001500	2400	83760
пруток		8.76	301600	9000	78840
пруток		9.84	351320	6500	63960
пруток		19.74	451600	7400	146076
лист		11.17	2.54801200	16000	178720
лист		34.14	56001460	1100	37554
лента		6.7	1.24001800	9600	64320
лента		4.1	0.83601800	9600	39360
полоса		2.45	1.21601700	15400	37730
Итого:	814920
отливка	ВМЛ-3	20.18	26011090	12000	84600
отливка		1.34	707035	19600	83760
отливка		1.72	11010020	18400	78840
отливка		11.1	16011080	15000	63960
отливка		22.06	12011020	21000	146076
отливка		2.68	1408030	20800	178720
отливка		2.34	807550	21000	37554
отливка		4.24	1509040	124000	64320
отливка		13.18	21010080	6600	39360
отливка		10.16	18012060	8000	37730
Итого:	835560
пруток	ВМС-5	3.68	201500	12000	44160
пруток		9.12	301650	5300	48336
пруток		10.53	351400	6100	64223
пруток		17.68	401800	2100	37128
лист		32.12	54801700	4500	144540
лист		59.1	85001990	2300	135930
лист		42.26	10600900	4000	169040
лист		31.59	45601800	3600	113724
лист		14.34	4480950	2500	35850
лист		39.58	65101650	3400	134877
Итого:	927513
пруток	ЭП-288	22.32	451800	9000	200880
пруток		18.61	401900	5500	102355
пруток		9.37	301700	16000	149920
пруток		4.96	30900	14000	69440
полоса		2.26	2210690	16000	36160
лист		70.28	88001400	24000	168672
лист		14.89	2.54001900	10400	154856
лист		81.2	81001300	1800	146160
лист		23.96	44501700	10000	239600
лист		32.15	55101600	13700	118955
Итого:	1386998

Таблица 3:

наименование деталей	марка стали	масса, кг	габариты, мм	количество на программу
				штук	кг
лист	ЭИ-878	4.78	1.5500800	8700	41586
лист		15.26	2.54501700	1600	24416
лист		33.54	47601400	1800	60372
лист		30.29	3.66801560	2000	60580
полоса		3.87	13001650	16660	25242
полоса		3.87	13001650	16000	25242
лента		1.65	11301600	16000	26400
лента		2.96	1.11801840	12100	35816
пруток		13.62	351800	4000	54480
пруток		10.2	301800	2400	24480
Итого:	382652
лист	12Х18Н9Т	6.34	2500800	4200	26628
лист		15.48	2.56001300	1600	24768
лист		13.42	25801450	1200	16104
пруток		6.59	251700	5400	35586
пруток		8.65	301650	2600	23946
пруток		9.21	301550	1800	15570
полоса		6.37	22401600	5000	31850
лента		3.65	1.52001460	8700	37755
лента		1.84	1.51001500	12000	22080
лента		1.45	1.41001250	11000	15950
Итого:	244237
профиль	12Х18Н10Т	3.26	4801250	5500	18480
профиль		4.46	5.5741360	4200	18732
пруток		4.49	201800	3400	15266
пруток		14.87	361850	2100	31277
полоса		6.94	2.52501400	4700	32618
полоса		5.36	22801150	3000	16080
полоса		9.72	2.53401450	3500	34020
лист		11.65	1.56501500	3100	36115
лист		11.67	1.57001400	3100	36177
лист		19.48	26801800	1600	31168
Итого:	269883

Программа по выпуску составляет 6714553 кг.

Таблица 4. - Расчет годовой программы по запуску:

наименование деталей	марка стали	Годовая программа, т
		по выпуску	по запуску
фланец	ЭП-817	250.56	259
траверка		321.00	331
профиль		37.50	40
профиль		100.80	105
лист		127.20	132
лист		122.32	127
шток		403.29	412
пруток		192.10	198
пруток		45.90	49
лента		50.40	54
пластина	ВМС-2	84.60	88
фланец		83.76	87
пруток		78.94	82
пруток		63.96	67
пруток		146.076	150
лист		178.72	183
лист		37.554	40
лента		64.32	68
лента		39.36	32
полоса		37.73	40
отливка	ВМЛ-3	242.16	249
отливка		26.264	29
отливка		31.648	34
отливка		166.50	170
отливка		43.26	46
отливка		55.744	59
отливка		49.14	53
отливка		52.576	57
отливка		86.988	91
отливка		81.28	85
пруток	ВМС-5	44.16	47
пруток		48.336	52
пруток		64.233	68
пруток		37.128	40
лист		144.54	150
лист		135.93	141
лист		169.04	175
лист		113.724	118
лист		35.85	38
лист		134.572	139
пруток	ЭП-288	200.88	207
пруток		102.355	107
пруток		149.92	155
пруток		69.44	73
полоса		36.16	39
лист		168.672	174
лист		146.16	152
лист		154.856	160
лист		239.6	264
лист		118.995	123
лист	ЭИ-878	41.586	44
лист		24.416	27
лист		60.372	64
лист		60.58	64
полоса		25.242	28
полоса		26.40	29
лента		29.28	32
лента		35.816	38
пруток		54.48	58
пруток		24.48	27

Таблица 5:

наименование деталей	марка стали	Годовая программа, т
		по выпуску	по запуску
лист	12Х18Н9Т	26.628	29
лист		24.768	27
лист		16.104	19
пруток		35.586	38
пруток		15.587	18
пруток		23.946	27
полоса		31.85	15
лента		31.755	35
лента		22.08	25
лента		15.95	18
профиль	12Х18Н10Т	18.48	21
профиль		18.732	21
пруток		15.266	18
пруток		31.227	34
полоса		32.618	35
полоса		16.08	19
полоса		34.02	37
лист		36.115	39
лист		36.177	39
лист		31.168	34

Программа по запуску составляет 7000 тонн, из них:

Таблица 6. - Требования к деталям после термической обработки:

марка стали	в, МПа	,%	,%	HRC	НВфотп, мм
ЭП-817	1250-1400	10	55	-	3.05-3.2
ВМС-2	1150-1400	9-10	45	33-41	3.05-3.27
ВМЛ-3	1220-1450	12	35	-	2.9-3.3
ВМС-5	1500-1700	15	50	43-46	-
ЭП-288	1100-1400	12	50	34-41	3.1-3.45
ЭИ-878	700-1000	-	55	-	-
12Х18Н9Т 12Х18Н10Т	520-550	-	55	-	-

Металлургическая часть.

Коррозионная сталь ЭП-817.

Сталь ЭП-817 (0614Н6Д2МБТ) относится к коррозионностойким мартенситостареющим сталям. Сталь ЭП-817 рекомендуется для изготовления нагруженных самолетных узлов (детали, изготовленные из штамповок, поковок, прессованных профилей), работающих при температурах от -70С до +300С в общеклиматических условиях в контакте с топливом.

Сталь отличается повышенной стойкостью сварных соединений к коррозионному растрескиванию под напряжением, а также значительно более высокой вязкостью при низких температурах (до -70С).

Таблица 7. - Химический состав стали ЭП-817 (%):

C	Cr	Ni	Cu	Ti	Mo	Nb	Fe	Ca	Si	Mn
0.05-0.08	13.5-14.5	5.6-6.2	1.8-2.2	0.03-0.1	1.3-1.7	0.25-0.4	основа	<0.005	0.7	<1.0

Введение в сталь ~1.5%Mo, тормозящего диффузионные процессы по границам зерен сдвигают начало выделения карбидной сетки в область более высоких температур, что вызывает разделение этих областей в зоне термического влияния в сварном соединении.

Влияние молибдена на изменение предела прочности при старении стали ЭП-817.

Рисунок 1. - Влияние температуры старения на временное сопротивление стали ЭП-817:

Для измельчения зерна и обеспечения высокой коррозионной стойкости перекрестных швов в сталь введено 0.25-0.4% Nb. Легирование стали, феррита образующими элементами Mo и Nb потребовало повышения содержания в ней никеля до ~ 6% для подавления процесса образования -феррита.

При этом сталь по составу оказалась сдвинутой ближе к области сталей переходного класса, поэтому после закалки была введена операция обработки холодом.

Таблица 8. - Механические свойства стали при комнатной и повышенной температурах:

состояние материала	tC испыт.	0,2 МПа	в, Мпа	,%	,%
термически обработанный по режиму: отжиг при 650С, закалка с 1000С на воздухе, обработка холодом при -70С, =2.5 часа, обезводораживание 400С =3 часа, старение при 515С =1 час	20 300 350 400	1210-1240 910-1030 930-970 880-950	1310-1400 1100-1170 1070-1130 1030-1150	12-14 11-12 10-13 11-14	57-60 57-60 54-59 53-58

Исследования механических свойств при повышенных температурах показало, что сталь обладает достаточно высокими прочностными характеристиками при температурах до 300С.

Для оценки стойкости стали в больших сечениях в условиях жесткого напряженного состояния определяли критический коэффициент интенсивности напряжений K_ic и ударную вязкость образцов с трещиной, в том числе при температурах -70С. Испытания K_ic проводились на образцах с толщиной 50 мм, что несколько превышает толщину деталей, изготовляемых из этой стали. Результаты показали высокую надежность стали.

Таблица 9. - Вязкость стали ЭП-817 при комнатной и низкой температурах:

состояние материала	tС испыт.	ан,	ат.у.,	К,
термически обработанный по режиму: отжиг 650С =6часов, закалка с 1000С в воде, обработка холодом -70С, =2.5 часа, обезводораживание 400С =3 часа, старение при 515С =1.5 часа.	20 -70	1.0-1.5 0.6-0.9	0.5-0.8 0.3-0.6	>5500 4000-4500

В процессе электрошлакового переплава сталь ЭП-817, как и другие высококачественные коррозионностойкие стали, насыщаются водородом, в том числе диффузионно-подвижным.

Что в свою очередь, может привести к замедленному разрушению, снижению относительного сужения стали (см. рисунок 2).

Рисунок 2. - Влияние водорода на величину относительного сужения и сопротивления замедленному разрушению при растяжению стали ЭП-817:

Рисунок 3:

Рисунок 4:

Присутствие водорода снижает также критический коэффициент интенсивности напряжений К, причем при одинаковом уровне прочности это снижение более резко для стали, состаренной при 425С по сравнению с старенной при 515С.

Для удаления водорода их стали целесообразно применять отпуск при 400С после обработки холодом.

Таблица 10. - Влияние диффузионно-подвижного водорода на свойства стали ЭП-817:

состояние материала	место вырезки образцов	содержание водорода	0,2, МПа	в, МПа	,%	ак,	замедленное разрушение
							н, МПа	время разгар, сутки
термически обработанный по режиму: отжиг при 650С, =6 часов, закалка с 1000С =2 часа в воде, обработка холодом при -70С, =2 часа, старение при 515С =2 часа	серцевина	3.79	1400-1150	1300-1320	46-48	1.1-1.2	900 1100 1250	>5 >5 0.6-1.3
	в поверхностных слоях	0.5	1150	1310-1340	62-65	1.1-1.2	1300 1700 1800 1900	>5 >5 >5 >5
	Влияние отпуска стали при 400С на свойств
	обезв. отпуска	содержание водорода	0,2, МПа	в, МПа	,%	ак,	замедленное разрушение
							н, МПа	время разгар, сутки
	без отпуска	4.1	1120	1130	40	1.4	900-1200	>5
	15	3.1	1130	1320	47	1.2-1.5	900-1450	>5
	30	1.85	1130	1320	60	1.4	1450-1900	>5
	60	0.3	1120	1330	61	1.2-1.4	1800-1900	>5

Коррозионная сталь ВМС-2.

Малоуглеродистая сталь ВМС-2 (08Н15Н5Д2Т) относится к мартенситным, упрочняемая старением.

Сталь ВМС-2 является хорошо свариваемой сталью и рекомендуется для изготовления деталей внутреннего набора и силовых элементов, работающих в комнатах с топливом при температурах до 300С.

Отсутствие в структуре деформированной стали - феррита способствует существенному повышению ударной вязкости и пластичности стали поперек волокна, особенно при выплавке ее методом электрошлакового переплава.

После закалки с температуры растворения карбидов (Cr₂₃C₆) 950-1000C структура стали состоит из мартенсита и около 10% остаточного аустенита.

Начало и конец мартенситного превращения соответствует температурам 130С и 30С.

Таблица 11. - Химический состав стали ВМС-2, в %:

C	Cr	Ni	Cu	Ti	Fe	Si	Mn	S	P
0.08	14.0-15.0	4.7-5.5	1.75-2.5	0.15-0.3	основа	0.7	1.0	0.025	0.03

Сочетание легирующих элементов Cr, Ni, Ti при относительно низком содержании углерода обеспечило коррозионную стойкость листовых материалов и исключило возможность образования феррита даже в тяжелых паковках, гарантировав при этом высокую вязкость.

Легирование стали медью создает возможность упрочнения материала старением.

Преимуществом стали является простота ее термической обработки: нормализация при 950С =1.5 ч., отпуск при 350С =4 ч. и упрочнение готовых деталей в процессе старения при 510С, =2.5 ч.

Термическую обработку необходимо осуществлять при строго регламентированных режимах с учетом и контролем фазового состава, в частности соотношения мартенсита и аустенита в структуре, от которого в значительной степени зависти ее предел прочности и ударная вязкость. Влияние содержания остаточного аустенита на механические свойства после старения показано на рисунке 5.

Рисунок 5. - Влияние содержания остаточного аустенита закалочной стали ВМС-2 на механические свойства после старения:

Структура закаленной и состаренной стали должна быть максимально однородной (не допускается наличие карбидной сетки и -феррита).

После закалки с температуры растворения карбидов (Cr₂₃C₆) 950-1000С структура стали состоит из мартенсита и около 10% остаточного аустенита.

Основные факторы, оказывающие влияние на ударную вязкость стали - размер зерна, количество остаточного аустенита и выделение охрупчивающих (карбидных) фаз по границам аустенитных зерен. Если содержание аустенита в закаленной стали близко к нулю, то при последующем старении происходит ее охрупчивание, а относительное удлинение и сужение сохраняются в пределах, удовлетворяющих требованиям технических условий.

Сопротивление замедленному разрушению и коррозии под напряжением при этом уменьшается.

Охрупчивание стали связано с ослаблением границ зерен, что может быть обусловлено выделением охрупчивающих фаз и сегрегацией легирующих элементов.

Для уменьшения охрупчивания стали рекомендуется ее перестройку при 515С, =2.5 часа.

На свойства окончательно обработанной стали большое влияние оказывает количество остаточного аустенита. Низким содержанием углерода в твердом растворе, а также низкой (для сталей мартенситного класса) t_мн обусловлена свариваемость стали.

Легирование стали медью создает возможность упрочнения мартенсита старением.

Таблица 12. - Механические свойства стали ВМС-2 при различных температурах:

состояние материала	tС испыт.	в, МПа	0,2, МПа	,%	,%
термически обработанный: закалка с 950С на воздухе, старение при 450С =1 час.	20 300 400	1250-1400 1100-1200 1050-1150	1110-1300 1000-1100 900-1000	6-12 5-7 5-7	50-60 50-60 50-60

Высокопрочная свариваемая сталь ВМЛ-3.

Сталь ВМЛ-3 (08Х14Н5М2ДЛ) применяется для изготовления массивных листов сварных конструкций, которые можно использовать после сварки из термической обработки.

Также для высоконагруженных деталей, работающих при температурах до 350С.

Таблица 13. - Химический состав стали ВМЛ-3 в %:

C	Cr	Ni	Mo	Cu	Nb	Fe	Si	Mn	S	P
0.08	13.0-14.5	4.5-5.5	1.5-2.0	1.2-1.75	<0.1	основа	0.7	1.0	0.03	0.03

Сталь выплавляется в открытых, в вакуумных индукционных печах с основной футеровкой. Прибыли удаляют механической обработкой, пламенной или анодной резкой.

Сталь хорошо сваривается аргонодуговой и ручной дуговой. После сварки может применяться без термической обработки.

Таблица 14. - Механические свойства стали ВМЛ-3 по ОСТ:

состояние материала	в, МПа	0,2, МПа	,%	,%	HBd отп., мм
термически обработанный по режиму: гомогенизация 1110С, закалка с 970С на воздухе, старение при 460С =1 час.	1250	900	12	35	2.9-3.2

Общая коррозионная стойкость основного материала удовлетворительная.

Литые детали следует применять после обдувки металлическим песком с последующим пассивированием и применением дополнительной защиты по согласованию с ВИАМ.

Для стали ВМЛ-3 рекомендуется следующая термическая обработка:

- гомогенизация 111010С, охлаждение на воздухе;

- закалка при 97010С, охлаждение на воздухе, старение 46010С в течение часа.

Термическая обработка стали ведется согласно инструкциям ВИАМ. Нагрев отливок с 900С и выше должен проводится в защитной среде или под слоем эмали.

Хромоникельмолибденовая сталь ВМС-5.

Коррозионностойкая сталь ВМС-5 (1-15МАМЗ) применяется для изготовления силовых деталей, крепежных деталей, которые работают в атмосферных условиях и топливе при температурах 180-200С (термически обработанные на _в = 1600 100 мПа), а также для изготовления деталей, кратковременно работают в атмосферных условиях и топливе при температурах до 550С.

Таблица 15. - Химический состав стали ВМС-5 в %:

C	Cr	Ni	Mo	N	Fe	Si	Mn	S	P
0.11-0.16	14.0-15.5	4.0-5.0	2.3-2.8	0.05-0.1	основа	0.7	1.0	0.02	0.03

Таблица 16. - Механические свойства стали при различных температурах испытания:

состояние материала	tС испыт.	в, МПа	0,2, МПа	,%	,%
термически обработанный по режиму: закалка с 1070С, обработка холодом - 70С, =2.5 часа, отпуск при 200С =2 часа.
	20 200 -70	1500-1600 1400-1470 1700-1780	1100-1200 1050-1150 1300-1340	15-18 10-12 15-18	47-55 47-50 45-55

Для понижения содержания газов и неметаллических включений в поперечном направлении волокон листовой стали её необходимо подвергать электрошлаковому переплаву.

Для стали ВМС-5 рекомендуется следующая термическая обработка:

- закалка с 107010С в воде или в масле;

- обработка холодом при -70С в течение двух часов;

- отпуск при 350С в течение 1-4 часов (_в=1500100(120) МПа).

Для предотвращения окисления поверхности готовые детали следует закаливать под слоем эмали или в среде аргона.

Для лучшей механической обрабатываемости стали рекомендуется термическая обработка согласно инструкциям ВИАМ.

Детали особо ответственного назначения (_в=1500100(120) МПа) с толщиной от 15 мм, а также все детали с (_в=1600100МПа), необходимо подвергать после механической обработки (перед закалкой) нагреву до 52010С и выдержке 8-20 часов в зависимости от толщины для удаления водорода. Сталь хорошо сваривается автоматической, ручной аргонодуговой, ручной дуговой, контактной, электронно-лучевой сваркой.

После сварки детали подвергаются упрочняющей термической обработке.

Для повышения коррозионной стойкости сварные соединения, работающие в атмосферных условиях следует защищать лакокрасочными покрытиями, не сварные могут применяться после пассивирования без защиты лакокрасочными покрытиями.

Наиболее высокая коррозионная стойкость достигается после полирования и пассивирования.

Хромоникелевая сталь ЭП-288.

Сталь ЭП-288 (07Х16Н6) применяют как высокопрочный материал для изготовления металлоизделий, в том числе свариваемых, подвергающихся воздействию сред относительно малой агрессивности.

Сталь ЭП-288 используют для нагруженных деталей, работающих длительное время при температурах до 400С и короткое время до 500С в комнате с топливом или в атмосферных условиях. Сталь применяют также для высоконагруженных деталей в криогенной технике, работающей при температуре до -253С.

Таблица 17. - Химический состав стали ЭП-288 в %:

C	Cr	Fe	Si	Ni	Mn	S	P
0.05-0.09	15.5-17.5	основа	0.8	5.0-8.0	0.8	0.02	0.035

Сталь ЭП-288 относится к аустенитно-мартенситному классу.

После аустенизации при температуре 1000С и охлаждении в воде или на воздухе структура стали состоит из аустенита и 10-60% мартенсита. Температура начала мартенситного превращения стали ЭП-288 для различных плавок в пределах химического состава изменяется на 30-70С. После выдержки предварительно закаленной или нормализированной стали при -70С в течение 2 часов количество мартенсита составляет 70-80%.

Охлаждение до -196С не приводит к дальнейшему мартенситному превращению.

Таким образом, мартенситное превращение в стали реализуется, во первых при охлаждении до комнатной температуре, и во вторых при изотермической выдержке при -70С.

Кроме того, небольшое количество мартенсита при нагреве до комнатной температуры. Температура обратного превращения в стали составляет примерно 500С.

При медленном охлаждении после аустенизации в интервале 650-700С по границам аустенитных зерен выделяются карбиды Cr₂₃C₆, что существенно снижает пластичность и ударную вязкость. Относительное сочетание механических и коррозионных свойств обеспечивается в стали после закалки и отпуска при 200-400С.

По ГОСТам сталь может поставляться после контроля на склонность к межкристаллитной коррозии по методикам АМ и АМУ с продолжительностью испытаний в кипящем контрольном растворе соответственно 15 и 8 часов.

Оптимальная коррозионная стойкость достигается после закалки с температурой 1000-1050С в воде, обработки холодом при -70С, 2часа и спуска при 360-380С.

Сталь ЭП-288 применяют для изготовления деталей роторов, химических центробежных сепараторов, а также для крепежа, работающего в интервале температур от -60 до 350С.

Сталь ЭП-288 хорошо сваривается ручной и автоматической аргонодуговой, точечной и роликовой сваркой.

Хромомарганцевоникелевая сталь ЭИ-878.

Сталь ЭИ-878 (12Х17Г9АНИ) применяют для изделий, длительно работающих в атмосферных условиях, при повышенных температурах (до 400С).

Сталь подвергается сварке; в сварных конструкциях, не подвергающихся термической обработке, ее применяют преимущественно в тонких сечениях.

В тех случаях, когда возможна термическая обработка сварных изделий, допускается сварка больших толщин.

Таблица 18. - Химический состав стали ЭИ-878 в %:

C	Cr	Fe	Si	Ni	Mn	S	P	N
0.12	16.0-18.0	основа	0.8	3.5-4.5	8.0-10.5	0.02	0.035	0.15-0.25

Сталь ЭИ-878 принадлежит к аустенитному классу.

При нагреве в интервале 550-850С по границам зерен аустенита выделяются частицы карбидов типа Cr₂₃C₆.

Скорость выделения карбидной фазы в основном определяется содержанием углерода. Карбидная сетка является причиной появления склонности стали к межкристаллитной коррозии, снижению ударной вязкости.

По ГОСТам сталь ЭИ-878 не должна быть склонной к межкристаллитной коррозии при испытаниях по методикам АМ и АМУ с продолжительностью выдержки в контрольном растворе в течение 15 и 8 часов соответственно.

Испытания стали на стойкость против межкристаллитной коррозии проводят после закалки без провоцирующего нагрева.

Температуру закалки устанавливают соответствующей технической документацией.

Сталь намагнитится в закаленном состоянии. Сталь сваривается всеми видами сварки. Сталь ЭИ-878 хорошо деформируется в горячем и холодном состоянии. Интервал горячей пластической деформации 1160-850С с охлаждением на воздухе, при:

- ковке;

- шлифовке;

- гибке.

Термическая обработка стали заключается в закалке с 1050-1100С в воде.

Для деталей с тонким сечением допускается охлаждение на воздухе.

Таблица 19. - Механические свойства стал при различных температурах:

tисп, С	в, МПа	0,2, МПа	5,%	,%	КСИ, Дж/м2
закалка с1075С в воде
-196	1300	840	23	21	180
-70	1110	590	55	67	320
20	750	370	46	68	340
300	780	390	68	-	-
400	600	230	39	-	-
500	520	190	44	-	-
600	420	180	37	-	-
700	330	130	40	-	-
800	230	120	44	-	-

Хромовые никелево-титановые стали 12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т.

Стали 12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т применяют в качестве коррозионно-стойкого и жаропрочного материала.

Стали используют в сварных конструкциях, работающих в контакте с азотной кислотой и другими средами окислительного характера; некоторыми органическими кислотами средних концентраций, органическими растворителями, атмосферных условиях и т. д.

Их сталей 12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т изготавливают емкостное, теплообменное, и реакционное оборудование.

Стали используют для сварных конструкций в криогенной технике при температуре до -269С.

Таблица 20. - Химический состав сталей 12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т в %:

C	Cr	Fe	Si	Ni	S	P	Ti
0.12	17.0-19.0	основа	0.08	9.0-11.0 (12X18H10T)	8.0-9.5 (12X18H9T)	0.02	0.035	5.С-0.8

В зависимости от соотношения хрома и никеля обе стали могут иметь при нагреве горячую пластическую деформацию или закалку либо чисто аустенитную, либо аустенитно-ферритную структуру.

Сталь 12Х18Н9Т в силу меньшего содержания никеля в большей степени склонна к образованию двухфазной структуры.

Кроме содержания основных легирующих элементов, необходимо учитывать присутствие в стали таких легирующих элементов как кремний, титан и алюминий, эффективно способствующих образованию -феррита. Образование -феррита в сталях снижает технологичность при горячей пластической деформации.

При нагреве в интервале 1150-1200С и неблагоприятном соотношении феррито и аустенитообразующих элементов сталь 12Х18Н9Т может содержать до 30-40, а сталь 12Х18Н10Т до 20-25% -феррита. Кроме названных структурных составляющих, обе стали содержат первичные карбонитриды титана, количество которых зависит от содержания в стали углерода и азота.

При высокотемпературном нагреве карбонитриды титана имеют тенденцию к растворению, по дате при 1300С часть их остается нерастворенной.

При нагреве в интервале 500-600С основной выделяющейся фазой является карбид Cr₂₃C₆.

Стали обладают достаточно высокой жаростойкостью при 600-800С. При 650С и выше наилучшая жаростойкость наблюдается при крупном зерне, что обеспечивается закалкой с температуры 1040-1100С.

При более низких рабочих температурах рекомендуется применять мелкозернистый материал.

Стали 12Х18М10Т и 12Х18М9Т хорошо свариваются всеми видами ручной и автоматической сварки.

В холодном состоянии обе стали допускают высокие степени пластической деформации.

Таблица 21. - Механические свойства стали 12Х18Н9Т при различных температурах:

tисп, С	в, МПа	0,2, МПа	5,%	,%	КСИ, Дж/м2
закалка с1050С в воде
-253	1790	600	25	-	120
-196	1610	460	38	56	200
-70	1130	360	40	64	250
0	620	280	41	63	250
300	460	180	31	65	-
400	450	180	31	65	-
500	450	180	29	65	-
600	400	180	25	61	-
700	280	160	26	59	-
800	180	100	35	69	-

2. Технологическая часть

Технология термической обработки сталей.

Технологический процесс термической обработки стали ЭП-817Ш.

Закалка:

- t = 1000 10С;

- _выд = 4 часа

- охлаждение в воде при температуре 10-30С в течение 5 минут, далее на воздухе до комнатной температуры.

Обработка холодом:

- t = -70С;

- _выд = 5 часов;

- выдержка на воздухе.

Отпуск:

- t = 350 10С;

- _выд = 4 часа;

- охлаждение на воздухе.

Контроль:

- марки материала по выбитому шифру плавки технологического режима по этапам;

- контроль микроструктуры в ЦЗЛ.

Отпуск стали:

- t = 400 10С;

- _выд = 20 часов;

- охлаждение на воздухе.

Старение:

- t = 515 5С;

- _выд = 2 часа 30 минут;

- охлаждение на воздухе.

Зачистка сухим способом на шлифовальном станке, глубина зачистка до 0.2 мм.

Контроль:

- марки материала по выбитому шифру;

- технологического режима термообработки по стадиям;

- контроль твердости НВ_отр = 3.05-3.2 мм;

- механических свойств в ЦЗП: _в=1250-1400 МПа, 10%, 55%.

Примечания:

При неудовлетворительной структуре все детали возвращаются на дополнительную термообработку, в связи с этим закалку детали разрешается проводить не более трех раз.

На деталях, поступающих на старение, не должно быть черновых поверхностей.

Загружать детали в холодильную камеру необходимо тогда, когда она охлаждена до температуры -50С.

Для обеспечения упрочнения стали при обработке холодом не следует допускать нагрева деталей после закалки перед обработкой холодом в интервале температур 200-500С, а также длительного воздействия пониженных температур (0 - -40С).

Время между закалкой и обработкой холодом не должно быть более трех суток.

Врем между обработкой холодом и старением не ограничено.

Контроль микроструктуры следует проводить после закалки, обработки холодом и отпуска на образцах, вырезанных из центральной части.

Правку детали можно осуществлять после закалки, обработки холодом, отпуска.

Также после полного цикла термообработки.

Технологический процесс термической обработки стали ВМС-2.

Старение:

- t = 510 10С;

- _внд = 2,5 часа;

- охлаждение на воздухе.

Зачистка сухим способом на шлифовальном станке, глубина 0.15 мм.

Контроль технологического режима по стадиям, контроль твердости:

- НВ_отн = 3.05-3.27;

- HRC = 33-41.

Примечания:

Партия деталей, поступающих на старение, обезжиривается.

Для более полного прогрева садку деталей разделять прокладками на пачки. Детали, имеющие пониженную твердость, подвергать повторному старению по тому же режиму. При заниженных значениях твердости, хотя бы на одной детали, всю партию проверять поштучно. Технологический процесс термической обработки отливок из стали ВМП-3.

Покрытие отливок эмалью ЭВТ-100. Сушка при комнатной температуре до полного высыхания.

Визуальный просмотр деталей на сплошном покрытии. При обнаружении дефекта (просвета, скола, пузырей и др.) детали подкрасить легкой кистью и подсушить.

Закалка I:

- t = 1110 10С;

- _внд зависит от сечения детали (при S<20 мм, _внд = 1 час, S>20 мм, _внд = 2 часа);

- охлаждение на воздухе.

Покрытие отливок эмалью ЭВТ-101.

Закалка II:

- t = 1110 10С;

- _внд аналогично пункту 2;

- охлаждение на воздухе.

Старение:

- t = 450 - 460С;

- _внд = 2.5 часа.

Контроль:

- перед термообработкой контроль клейма номера плавки на отливках и образцах, и рентген-контроль отливок;

- контроль технологического режима термообработки по стадиям;

- контроль образцов свидетелей от каждой плавки в ИЗЛ: _в = 1220 - 1450 МПа, 12%, 35%;

- контроль твердости отливок в объеме 3% от каждой плавки: d_отп = 3.3 - 2.9 мм.

Примечания:

Эмалированные детали укладывать на противень в один ряд, не допуская соприкосновения друг с другом. На дно противня должна быть положена бумага.

Отливки не должны иметь следов керамики, раковин, трещин.

_внд между закалкой II и старением не должно превышать 16 часов.

Перед термообработкой должна быть проведена очистка. Очистку производить электрокорундовым песком. Допускается обдувка стальным песком с последующей обязательной обдувкой корундовым песком.

Струенные отливки обдуть сжатым воздухом для удаления остатков песка и пыли.

При несоответствии механических свойств разрешается проводить старение или повторную термообработку отливок.

Достраивание производить при температуре 50010С с выдержкой 1 час.

Разрыв между очисткой и нанесением эмали не должен превышать 24 часа.

Технологический процесс термической обработки стали ВМС-5.

Отпуск стали:

- t = 520 10С;

- _выд = 8 часов;

- охлаждение на воздухе.

Покрытие отливок эмалью ЭВТ-100. Сушка при комнатной температуре до полного высыхания.

Закалка:

- t = 1070 10С;

- _выд = 4 минуты;

- охлаждение в масле при t=40-70С;

- контроль микроструктуры в ЦЗЛ.

При получении положительных результатов производить дальнейшую термообработку деталей.

Промывка от масла в моечной машине. Промывочный раствор t = 40 - 70С.

Обработка холодом:

- t = -70С;

- _выд = 3 часа;

- нагрев на воздухе.

Отпуск:

- t = 200 5С;

- _выд = 3 часа;

- охлаждение на воздухе;

- зачистка сухим способом на шлифовальном станке, с глубиной зачистки до 0.15 мм.;

- контроль технического режима термообработки по стадиям;

- контроль твердости на приборе «Роквелл» HRC = 43 - 46.

- механическая обработка (шлифовка).

Отпуск после шлифовки:

- t = 180 10C;

- _выд = 3 часа;

- охлаждение на воздухе.

- контроль технологического режима термообработки.

Примечания:

Детали на термообработку поступают с образцом размером 83030 мм, для контроля микроструктуры после закалки.

После обезводораживающего отпуска необходимо проводить очистку электрокорундом. Эмалированные детали укладывать на противень в 1 ряд, не допуская соприкосновения друг с другом.

После механической обработки необходимо обезжирить детали.

Технологический процесс термической обработки стали ЭП-288.

Отжиг:

- t = 780 10С;

- _выд = 2.5 часа;

- охлаждение на воздухе до комнатной температуры.

Отпуск стали:

- t = 490 10С;

- _выд = 15 часов;

- охлаждение на воздухе до комнатной температуры.

Закалка:

- t = 1000 10С;

- _выд = 25 минут;

- охлаждение в воде.

Обработка холодом:

- t = -70С;

- _выд = 3 часа;

- нагрев на воздухе.

Правка - допускается:

- поводка до 1 мм.;

- зачистка сухим способом на шлифовальном станке, глубина до 0.5 мм.;

- контроль технологического режима термической обработки пооперационно, контроль твердости на приборе «Бринель»;

- НВ_отн = 3.45 - 3.1 мм.

Примечания:

Перерыв между закалкой и обработкой холодом должен быть не более 48 часов. Перед обработкой холодом детали не должны подвергаться нагреву в интервале температур 200-500С, а также действию температур 0-(-40)С.

Интервал между обработкой холодом и отпуском не ограничен.

Охлаждение деталей после отпуска стали разрешается проводить в воде или осуществлять перенос деталей в печь на отпуск 680С без предварительного охлаждения.

Технологический процесс термической обработки стали ЭИ-878.

Закалка:

- t = 1000 10С;

- _выд = 7-9 минут;

- охлаждение в холодной воде.

Примечания:

Детали на термообработку поступают обезжиренными.

Детали на противень укладывать свободно, укладка пачками недопустима.

Технологический процесс термической обработки сталей 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т.

Закалка:

- t = 1000 10С;

- _выд = 7-9 минут;

- охлаждение в холодной воде.

Время выдержки брать из расчета:

- сечения до 16 мм - 3 минуты + 1 минута на 1 мм условной толщины.

- сечения свыше 16 мм - 1 минута на 1 мм условной толщины.

3. Расчётно-конструкторская часть

Выбор основного оборудования.

В проектируемом цехе термической обработки крупногабаритных деталей из коррозионностойких сталей для нагрева деталей под закалку, отжиг, отпуск, старение предлагается использовать электрические камерные печи типа СИЗ 11.22.7. Электропечи типа СИЗ с металлическими нагревателями предназначены для нагрева изделий под закалку, а также для проведения других процессов, требующих нагрева изделий до температуры 1200С.

Камерные электропечи СИЗ делятся на низкотемпературные (до 800С), среднетемпературные (до 1000С) и высокотемпературные (до 1300С).

Основными узлами камерных электропечей СИЗ являются кожух, футеровка, нагревательные элементы, дверца с механизмом подъёма и опускания, подвод газа. коррозионностойкий сталь технологический

Кожух печей герметичный, сварен из листовой и профильной стали. Футерованы печи огнеупорными и теплоизоляционными материалами. Огнеупорная часть кладки выполнена из легковесных и ультралегковесных шамотных кирпичей, теплоизоляция из ультралегковесных шамотных кирпичей и перлитовых плит на керамической связке.

Подовая плита выполнена из жаропрочного стального литья, в целях безопасности соединена с кожухом печи стальной жаропрочной полосой.

Загрузка и выгрузка обрабатываемых деталей в печах СИЗ может быть механизирована, для чего в футеровке пода имеются специальные пазы для перемещения в них захватов механизмов загрузки - разгрузки.

Электропечь СИЗ 11.22.7 снабжена масленым баком и механизмом загрузки - разгрузки напольного использования.

Обрабатываемые изделия должны загружаться в печь в специальных поддонах. Без поддонов можно транспортировать изделия длиной до 1000 мм. Загрузку, разгрузку и передачу изделий в закалочный бак производит механизм, выполненный в виде напольной тележки с колонной. Тележка двигается по рельсам при помощи электромеханического привода. Колонна сбалансирована противовесами.

Оконный проём во время открывания дверцы перекрывается пламенной завесой препятствующей поступлению в рабочее пространство воздуха. Устройство пламенной завесы состоит из трубчатой горелки смесителя, запальника, электромагнитного вентиля. Горючий газ в смеситель должен подаваться из сети или из газовой приготовительной установки. Электромагнитный вентиль, установленный на магистрали подачи газа в горелку пламенной завесы, сбалансирован с механизмом подъёма или с механизмом открывания дверцы.

Подача газа в трубчатую горелку включается только при полностью закрытом проёме печи.

Размещено на Allbest.ru