Введение к работе
Актуальность темы. Все большее распространение для' получения деталей машин получают малоотходные технологии, являющиеся экономичными способами производства. До сих пор такую технологию для производства тонкостенных деталей из порошковых сталей, требующих улучшения термообработкой, применить не удавалось, так как существующая технология не обеспечивает сохранения формы и размеров изделия во время нагрева и охлаждения. Кроме того, эта технология не обеспечивает постоянства химического состава порошковой стали по углероду, что делает практически невозможным определить оптимальные технологические режимы термообработки, обеспечивающие высокое качество материала.
По этой причине в промышленной практике заготовки для цилиндрических деталей с толщиной стенки менее 5 мм вырезались из стальной трубы, после чего подвергались термической и окончательной механической обработке. Такая технология производства является очень трудоемкой и обуславливает низкий коэффициент использования дорогостоящего материала.
В связи с вышеизложенным, разработка малоотходной технологии получения тонкостенных цилиндрических деталей с требуемым комплексом физико-механических свойств методами порошковой металлургии является актуальной задачей при получении изделий в машиностроении.
Решение этой задачи должно базироваться на возможности получения постоянства химического состава сталей по углероду при термической обработке, постоянства размеров и формы при нагреве и охлаждении деталей, а также применением научно обоснованных режимов термообработки изделий, которые обеспечивают необходимую структуру стали.
Цель работы. Разработка малоотходной технологии получения цилиндрических тонкостенных деталей из порошковых сталей, обеспечивающей сохранение размеров и формы деталей при высоком уровне механических свойств материала изделия.
Поставленная цель достигалась решением следующих задач:
разработкой нового способа термообработки, позволяющего обеспечить постоянство химического состава стали и сохранение формы и размеров деталей в пределах допуска;
установлением научно обоснованных режимов термообработки для получения оптимальной структуры закаленной стали, обеспечивающих комплекс требуемых физико-механических свойств на базе построенных термокинетических диаграмм и диаграмм скоростей распада аустенита порошковой стали;
разработкой малоотходной технологии изготовления тонкостенных цилиндрических деталей из порошковой стали;
разработкой опытно-промышленной установки для термообработки дистанционных колец, изготовленных из порошковой стали.
Научная новизна.
1. Показано, что самогенерируемая в разработанных установках для термообработки деталей защитная среда имеет углеродный потенциал 1% и предохраняет материал деталей как от окисления, так и от обезуглероживания.
-
Установлены условия выполнения термообработки изделий, из порошковых сталей, при соблюдении которых деформация формы деталей укладывается в пределы допуска.
-
Построены термокинетическая диаграмма и диаграмма скоростей распада аустенита для заэвтектоиднои пористой порошковой стали СП200Д2, позволяющие выбрать научно обоснованные режимы термо-
обработки стали и прогнозировать ее структуру и механические свойства. 4. Установлено, что соблюдение оптимальных режимов всех звеньев малоотходной технологии получения тонкостенных цилиндрических деталей из порошковых сталей обеспечивает их высокое качество.
Практическая ценность. Исследована операция спекания, совмещенного с закалкой и условия термообработки, при которых размеры изделий укладываются в допуска. На основании полученных данных разработан технологический процесс производства тонкостенных цилиндрических деталей из порошковой стали.
Установлено, что скорость охлаждения стали СП200Д2 при закалке должна составлять не менее 60 градусов в секунду, а подстуживание производится в интервале температур от 1120-800С. Показано, что отпуск стали следует осуществлять в интервале температур от 180 до 220 С. Разработанные режимы термообработки позволяют уменьшить количество остаточного аустенита в структуре стали до 3-5% и увеличить твердость и прочность материала изделий на 20-25%, а износостойкость в 2,2 раза.
Реализация работы. Разработана и внедрена конструкция опытно-промышленной установки для получения дистанционных колец из стали СП200Д2 с требуемой твердостью 35-42 HRC для траков гусеницы трактора Т-170 производства АО УРАЛТРАК г. Челябинска.
Основные результаты диссертации, выносимые на защиту:
-
Разработка малоотходной технологии получения деталей машин из порошковых сталей путем совмещения спекания и закалки, обеспечивающей размеры и форму деталей в пределах допуска.
-
Впервые полученные термокинетическая диаграмма и диаграмма скоростей распада аустенита, позволяющая определить оптимальные ре-
жимы закалки и прогнозировать структуру и механические свойства деталей машин из пористой порошковой стали СП200Д2.
-
Обоснование возможности использования процесса выделения вторичного цементита для уменьшения количества остаточного аустени-та в структуре после закалки высокоуглеродистых порошковых сталей.
-
Разработка конструкции и исследование работы нагревательных устройств с самогенерируемой защитной средой, обеспечивающих получение по малоотходной технологии деталей из порошковых сталей с высокими механическими свойствами при объединении операций спекания, закалки, отпуска и пропитки маслом.
Апробация работы Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на Первой научно-технической конференции "Переработка вторичных металлов методами порошковой металлургии"(Челябинск, 1987 г.), на Первом собрании металловедов России (Пенза, 1993 г.),на Международной научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении" (Рубцовск, 1994 г.), на XVI Российской школе по проблемам проектирования неоднородных конструкций (Миасс, 1997 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 3 статьи и 5 тезисов, получено 4 авторских свидетельства.
Объем работы. Диссертация изложена на 159 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 29 таблиц, приложения, состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы из 135 наименований.
