авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 |

Отжига деталей машин и механизмов из серого и высокопрочного чугуна

-- [ Страница 2 ] --

При традиционных режимах отжига 550-600С остаточные напряжения существенно не снимаются и сохраняются после отжига на довольно высоком уровне порядка 50% от исходных.

При температуре 650С происходит существенное снижение остаточных напряжений и степень снятия исходных напряжений составляет более 90%. При температурах 700-720С напряжения снимаются практически полностью, поэтому нет необходимости повышать температуру отжига выше 700С. Снятие напряжений при температурах 680-720С происходит за очень короткое время 5-20 минут.

Однако, при отжиге в области субкритических температур 650-720С происходит снижение твердости чугуна из-за происходящих структурных превращений, а именно – распад цементита в составе перлита металлической основы на феррит и графит.

В таблице также приведены результаты изменения твердости чугуна, подвергнутого отжигу при различных режимах. С повышением температуры отжига твердость начинает существенно снижаться с температуры 650С.

Проведенные исследования показывают, что возможно управлять степенью снятия остаточных напряжений, назначая соответствующие режимы отжига.

Составлены управляющие программы экспериментально разработанных режимов ускоренного отжига.

" width="900" >

Рис. 1. Окно программы технологических параметров отжига

На вход программы подаются следующие величины: марка чугуна, скорость нагрева и охлаждения, температура и время выдержки, конечная температура охлаждения, допустимое изменение твердости отливок при отжиге, характерная толщина стенки отливок. Все режимы разделены на три группы в зависимости от величины входных параметров и выходных параметров.

На рис. 2 представлена укрупненная блок-схема алгоритма построения режимов отжига чугунных отливок.

Рис. 2. Блок-схема алгоритма решения задачи управления степенью снятия остаточных напряжений в чугунных отливках при отжиге

Управление процессом отжига предлагается реализовать с помощью системы управления, структурная схема которой приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема управления процессом отжига

Проведены экспериментальные исследования по оценке напряженного состояния образцов из серого чугуна акустическим методом.

Исследуемые образцы были изготовлены из серого чугуна с пластинчатой формой графита марки СЧ20 и представляли собой прямоугольные параллелепипеды размерами h = 18 мм, b - 18 мм, l = 460 мм. Предварительно образцы были подвергнуты термической обработке с целью снятия остаточных литейных напряжений, что позволило проводить оценку напряженного состояния образцов, созданного только внешней нагрузкой P.

Схема нагружения образцов представлена на рис. 4. В принятой схеме нагружения имеет место деформация изгиба с эпюрами напряжений а в поперечном сечении 1 и длине образца 2.

На поверхности образца напряжения растяжения (сжатия) имеют максимальные значения, величина которых определяется величиной нагрузки, местом ее приложения, моментом сопротивления сечения образца и координатой точки наблюдения c.



В реальных деталях остаточные напряжения (растяжения или сжатия), как правило, также максимальны на поверхности. При определении поверхностных напряжений целесообразно использование поверхностных (рэлеевских) волн. Рэлеевские волны, будучи локализованными в тонком приповерхностном слое, где напряжения максимальны и их изменения невелики, несут наиболее полную и однозначную информацию о напряжениях.

 Схема нагружения: 1 – эпюра-1

Рис. 4. Схема нагружения:

1 – эпюра напряжения по длине образца; 2 – эпюра напряжения по сечению образца.

Исследовалась возможность оценки остаточных напряжений в сером чугуне по величине затухания ультразвуковых волн. На рис. 5 представлены экспериментальные данные, показывающие зависимость амплитуды импульса рэлеевских волн от величины растягивающих и сжимающих напряжений. По горизонтальной оси отложены средние значения напряжений на прозвучиваемом участке (с = 20 мм). Значения амплитуд волн пронормированы к амплитуде импульса в отсутствие нагрузки.

Из рис. 5 следует, что амплитуда сигнала уменьшается при растягивающих напряжениях (кривые 1, 2) и увеличивается при сжимающих напряжениях (кривые 3, 4), то есть существует зависимость затухания от величины и знака напряжений. Более сильная зависимость наблюдается при сжимающих напряжениях. При небольших напряжениях (до 50 МПа) амплитуда сигнала изменяется незначительно (на ~5–27 % – для сжимающих напряжений и на ~5–13 % для растягивающих напряжений). Дальнейшее увеличение напряжений до 150 МПа приводит к значительному изменению амплитуды сигнала (приблизительно в 1,5–2 раза для сжимающих напряжений и в 1,5–1,6 раза для растягивающих напряжений). При напряжениях, близких к пределу прочности (В = 200 МПа), амплитуда сигнала практически не изменяется. В образце 2 с большей концентрацией и большим размером графитовых включений по сравнению с первым образцом наблюдается более интенсивное изменение затухания ультразвука.

Полученные зависимости можно объяснить следующим образом. При воздействии сжимающих напряжений в чугуне графитовые включения более плотно прилегают к металлической матрице, что приводит к большей акустической "прозрачности" границы графит–металл.

 Зависимость амплитуды рэлеевской-2

Рис. 5. Зависимость амплитуды рэлеевской волны от

величины растягивающих и сжимающих напряжений:

1 – образец 1, 2 – образец 2 (растяжение); 3 – образец 1,

4 – образец 2 (сжатие).

При воздействии растягивающих напряжений прозрачность границ графит–металл, перпендикулярных напряжениям, уменьшается и коэффициент затухания увеличивается вследствие большего рассеяния на графитовых включениях. Кроме того, ввиду разницы в значениях коэффициентов Пуассона графита (µr = 0,35) и металлической матрицы (µ = 0,3) также изменяется прозрачность границ графит–металл в поперечном направлении. Таким образом, эффект зависимости рассеяния ультразвука от напряжений определяется практически всей поверхностью графитовых включений.

Выявленные закономерности указывают на принципиальную возможность создания приборов оценки напряжений, в том числе и остаточных, в деталях машин и механизмов, изготовленных из серого чугуна, по величине затухания ультразвуковых рэлеевских волн.

В связи с тем, что разработанные режимы ускоренного отжига осуществляются при температурах выдержки в области субкритических температур 650-720 С, происходит снижение первоначальной твердости чугуна из-за происходящих структурных превращений, а именно, распада цементита в составе перлита металлической основы на феррит и графит. Были проведены металлографические исследования по выявлению изменения микроструктуры чугуна после ускоренного отжига.

Установлено, что отжиг при температурах 650-720 С приводит к появлению в небольшом количестве структурно свободного феррита. Так, при 650 С и времени выдержки 30-60 мин. и при 680 С и времени выдержки 20 мин. появляется 2-2,5% феррита, а при 700 С и времени выдержки 5 мин. – 5% феррита. Таким образом, при указанных режимах ускоренного отжига происходят в небольшой степени структурные превращения, которые не ухудшают механические свойства чугуна.

В третьей главе представлены результаты по реализации разработанных ускоренных режимов отжига в производственных условиях на ряде базовых деталей металлообрабатывающих станков и маховике двигателя автомобиля ВАЗ-2110.

На реальных чугунных отливках (СЧ 25) станины металлообрабатывающего станка ВМ 501 (производства ФГУП «Воткинский завод») были опробованы режимы ускоренного отжига. Термообработка партии из 19 станин до черновой механической обработки проводилась в камерной печи с выкатным подом по режиму: нагрев со скоростью 300 С/час до температуры 680 С с выдержкой 20 мин., охлаждение в печи до 450 С со скоростью 120 С/час, дальнейшее охлаждение вне печи на воздухе.

Рис. 6. Температурный режим ускоренного отжига станин станка ВМ 501

Наблюдениями за короблением опытной партии станин при их механической обработке установлено, что прогиб шлифованной поверхности направляющих станин оказался заметно меньше, чем у рядовых станин, подвергнутых низкотемпературному отжигу (500-550 С). Отклонение от прямолинейности направляющих опытных станин не превышало 5 мкм на длине 1000 мм, что удовлетворяет заложенному допуску на непрямолинейность. Прогиб направляющих рядовых станин превышал 10 мкм на длине 1000 мм, что значительно больше допуска на непрямолинейность. Для получения необходимой точности направляющие рядовых станин подвергают трудоемкой механической операции шабрения.

Наблюдения за короблением направляющих готовых станин опытной партии в процессе вылеживания трех месяцев показали высокую стабильность геометрических размеров и формы. При контрольных измерениях через каждый месяц изменение профиля направляющих не превышало 1 мкм (см. рис.7.).

Таким образом, проведение отжига по ускоренным режимам, обеспечивающим полное снятие остаточных напряжений, позволяет получать детали из чугуна с высокой геометрической точностью и стабильностью размеров.

Рис. 7. Изменение профиля поверхности направляющих

Аналогичные результаты высокой стабильности размеров при использовании ускоренных режимов отжига получены на широкой номенклатуре базовых чугунных деталей металлообрабатывающих станков, таких, как консоль, стол, каретка, станина, суппорт, салазки.

Промышленные испытания на стабильность размеров направляющих проведены по опытной партии бабок станка ВМ131 производства ПО «Воткинский завод».

Детали в количестве четырех штук были подвергнуты термической обработке (в литейной заготовке) с целью более полного снятия остаточных напряжений по разработанным режимам: нагрев со скоростью 200°С в час до температуры 650°С, выдержка 0,5 часа, охлаждение на воздухе вне печи.

Опытные детали прошли полный цикл механической обработки. Замеры на непрямолинейность направляющих поверхностей показали, что отклонения от прямолинейности составляют 2-6 мкм.

Затем детали были испытаны на стенде в рабочем режиме с проведением силового резания. Проверка прямолинейности направляющих после испытаний показала, что изменение отклонения от прямолинейности не превышало 2мкм.

Таким образом, результаты наблюдений за изменением прямолинейности направляющих опытных деталей, прошедших ускоренный отжиг, показали высокую стабильность их размеров.

Испытанию на стабильность размеров были подвергнуты цилиндры из СЧ20 формовочно-упаковочной машины (ФУМ) производства ПО «Воткинский завод». Опытная партия деталей прошла однократную термическую обработку (в литейной заготовке) с целью более полного снятия остаточных напряжений по разработанным режимам: нагрев со скоростью 200°С в час до температуры 670°С, выдержка 0,5 часа, охлаждение в печи до 450°С, дальнейшее охлаждение на воздухе.

После окончательной механической обработки конусность и некруглость опытных деталей была в пределах допуска 5мкм. В то время как рядовые детали, прошедшие трехкратную стабилизирующую термообработку по традиционным режимам, имели меньшую геометрическую точность. Конусность и некруглость превышали допуск в 2-3 раза.

Проведенные испытания показали целесообразность использования разработанных режимов ускоренного отжига для указанных деталей. Замена трехкратной термообработки на однократную позволяет сократить время отжига в 6 раз, а энергозатраты – более чем в 3 раза.

Оценка коробления готовых корпусных деталей металлообрабатывающих станков в процессе хранения и эксплуатации проводилась по ускоренной методике, разработанной ЭНИМС (экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков). Для этого готовые детали суппорта из СЧ25 станка ВМ131 в количестве трех штук подвергались нагреву в печи по режиму: нагрев до 120±10°С в течение двух часов, выдержка три часа, охлаждение с печью до комнатной температуры. После указанной термообработки детали были проверены на прямолинейность направляющих. Сравнение результатов замеров на прямолинейность до и после термического воздействия показали, что геометрия направляющих не изменилась в пределах погрешности измерений 2мкм.





Результаты исследований позволяют утверждать, что ускоренный отжиг для снятия остаточных напряжений обеспечивает стабильность размеров готовых деталей в процессе хранения и эксплуатации.

Разработанная технология ускоренного отжига чугунных отливок внедрена на ряде предприятий: ОАО «АвтоВАЗ», ФГУП «Воткинский завод», ОАО «Ижмаш», Рязанский станкостроительный завод, Харьковский станкостроительный завод.

Ускоренные режимы отжига чугунных деталей станков позволяют сократить время термообработки в 3-4 раза и уменьшить энергозатраты в 2-3 раза по сравнению с традиционными режимами низкотемпературного отжига.

Разработанные режимы ускоренного отжига были использованы при термообработке маховика двигателя автомобиля ВАЗ-2110. На ОАО «АвтоВАЗ» маховики изготавливают из высокопрочного чугуна марки ВЧ 56. Литейная заготовка имеет высокую твердость 270-280 НВ, что превышает допустимый предел 240 НВ. Кроме того, наблюдается большая разнотвердостность различных участков отливки. Разница по твердости достигает 40 НВ. Высокая твердость влечет за собой низкую стойкость инструмента при механической обработке, а большая разнотвердостность обусловливает биение детали в процессе обработки. Маховики в процессе работы вращаются с большой частотой ~ 6000 об/мин. При этом в маховике возникают большие растягивающие напряжения, которые, складываясь с остаточными напряжениями детали, могут вызвать её разрушение. В связи с этим, необходимо значительно снизить уровень остаточных напряжений в литейной заготовке маховика, понизить начальную твердость до требуемого уровня 179-240 НВ и уменьшить разнотвердостность.

На ОАО «АвтоВАЗ» в проходной печи «Людвиг» проведен отжиг маховиков по разработанному ускоренному режиму:

1-я зона – 600 С; 2-я зона – 650 С;

3-я зона – 720 С; 4-я зона – 720 С;

темп проталкивания корзин с маховиками в печи – 40 минут.

Результаты экспериментов показывают (см. таблицу 2), что твердость маховиков после отжига снизилась до требуемого уровня (179-240 НВ), разнотвердостность уменьшилась и не превышает 7 НВ, то есть незначительная. Уровень остаточных напряжений, сохранившихся после отжига, не превышал 3% от уровня напряжений до отжига (определялось на образцах).

Таблица 2.

№ маховика 1 2 3 4 5 6 7
Твердость до отжига, НВ 236-256 212-231 246-278 231-246 226-246 236-256 239-261
Разнотвер-достность до отжига, НВ 20 19 32 15 20 20 22
Твердость после отжига, НВ 187-193 179-182 189-195 182-189 195-200 187-193 193-200
Разнотвер-достность после отжига, НВ 6 3 6 7 5 6 7


Pages:     | 1 || 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.