t зак. = 535 C , t стар . = 150 - 200 C , а температура закалки СЧ 15 =
700 -800 С . Большим достоинством алюминиевого сплава является снижение веса детали , а следовательно и узла . Это приводит к уменьшению веса двигателя и увеличению срока службы узла.
Из трех алюминиевых сплавов рекомендуемых в данной работе целесообразно использовать АЛ 9 , так как этот сплав обладает высокими литейными свойствами , герметично высокой прочностью и пластичностью , коррозионной стойкостью. Отливки из этого сплава получают без газовой и усадочной пористости. Из этого сплава можно получить сложную по форме отливку и он может выдержать средние нагрузки при работе в узле.
1.3. Обоснование технологии термической обработки первичной заготовки и детали.
В отечественном машиностроении картер шестерен в основном изготовляется из СЧ 15 методом отливки в разовую песчаную форму . Важной задачей при изготовлении деталей , является получение качественной отливки без трещин и газовой пористости. Отливки из серого чугуна подвергают отжигу при температуре 500 - 600 С . Пир такой обработке механические свойства изменяются мало , но внутренне напряжение снижается до 80 - 90 % . Иногда для снятия напряжения в отливках приме -
няют естественное старение /1/ .
В данной работе для изготовления картера шестерен рекомендован литейный алюминиевый сплав АЛ 9 . Формирование отливки - это формирование структуры , а следовательно , и свойств литого сплава. Чтобы не допустить образование дефектов в отливках необходимо комплексно учитывать чистоту исходных шихтовых материалов , условия их хранения , типы печей с целью минимального контактирования металлов с газами . Защитное лигирование при получении отливки, введения в сплав Ве , который предохраняет расплав от окисления и упрочняет окисную пленку. Кроме того Ве повышает чистоту и плотность отливки / 9/.
Отливки , как правило , имеют остаточные напряжения . которые возникают при охлаждении. Поэтому для снятия литей
ных напряжений , а также остаточных напряжений , вызванных механической обработкой , применяют отжиг. Отжигом увеличивают пластичность АЛ 9. Отжиг проводят при температуре 300 С в течение 2-4 часов. /1/ Охлаждение при отжиге проводятся на воздухе. При отжиге образуется структура , состоящая из -
твердого раствора и частично двойной и более сложной эвтектики,
состоящей из мелких кристаллов - ( Si ) и @- твердого раствора /9/ .
На рисунке 1.1. показан график отжига отливки.
Рис.1.2.-схема микроструктуры АЛ 9 после отжига.
Структурные превращения при отжиге картер шестерен из АЛ9.
нагр.охл.
Э(@+Si)+@ Э+@ Э(@+ (Si))+@
300 С
Для упрочнения алюминиевого сплава производят закалку. В соответствии с диаграммой состояние оптимальной температуры нагрева под закалку сплава АЛ 9-535 С./9/.Выдержка при температуре закалки рекомендуется 2-6 часов .В этом сплаве упрочняющей фазой является соединение Mg2 Si . При нагреве избыточная интерметаллическая фаза растворяется в @- твердой фазе , упрочняя эту фазу. На упрочнение влияет и содержание Mn, так как он имеет разную растворимость в - твердом растворе при разных температурах. Так растворимость Mn при комнатной температуре составляет 0,15 % , а при закалке - 0,5 % и поэтому происходит упрочнение @- твердого раствора /9/ . Эффект от термической обработки связан с количеством упрочняющей фазы , находящейся в сплаве . Растворимость Mg2 Si в алюминии увеличивается в зависимости от температуры , особенно до 450 С , при более высоких температурах увеличивается растворимость Si..
Чтобы исключить возможность пережога , нагрев проводят двух или трехступенчатый . Это необходимо для сложных отливок в песчаную форму . Для сплава АЛ 9 рекомендуется трехступенчатый нагрев : 500 +/- 5 С , выдержка 2-3 часа, 515 +/- 5 С, выдержка 2-3 часа; 535 +/- 5 С, выдержка 3 часа. После выдержки охлаждение проводят в воде , нагретой до 100 С /9/.
Охлаждение при закалке должно быть со скоростью выше критической . Под критической скоростью закалки понимают минимальную скорость охлаждения, которая предотвращает распад пересыщенного твердого раствора , получившего при нагреве. Частичный распад твердого раствора снижает механические свойства и коррозийную стойкость старения. После закалки деталь получает высокую пластичность и почти такую же прочность , как после отжига. Упрочнение алюминиевого сплава АЛ 9 происходит после старения. При старении деталь выдерживают 8 часов. Температура нагрева для искусственного старения 160 - 200 С . В процессе старения происходит распад пересыщенного твердого раствора с выделением упрочняющей фазы Mg2 Si . При этом происходит упрочнение алюминиевой отливки. После старения охлаждение проводят на воздухе /9/.
На рисунке 1.3. показан график режима закалки и искусственного старения АЛ9.
Структурные превращения .
нагр.
@+Э(@+ Si + Mg2Si ) + Mg2Si ---------
нагр. 500 +/-5Снагр.
@+Э+ Mg2Si --------- @+Э+ Mg2Si ( меньше ) ----------
515 +/- 5С 535 +/- 5С
охл. нагр.
@+Э(@+Si) + Mg2Si ( очень мало ) ----------- @ + Э --------------
вода(20 - 100 С ) 160-200 С
охл.
+@(мало легированная)+Э(@+Si)+Mg2Si ---------@+Э(@+Si+Mg2Si)
воздух
При термической обработке возможны следующие дефекты : пережог (оплавление по границам твердого раствора );
недогрев ( мало растворяется Mg2Si в твердом растворе ) ;
в структуре обнаруживается грубо - пластинчатые кристаллы
кремния ( они вызывают внутренние надрезы в пластинчатом-
твердом растворе , что вызывает низкие механические свойства).
Эти дефекты исключаются при строгом соблюдении технологии под термическую обработку отливки.
1.4. Выбор оборудования и технологической оснастки для
проведения термической обработки заготовки и детали.
Для закалки и старения выбираем закалочно - отпускной агрегат СКЗА - 3/7 . Агрегат состоит из камеры подсушки , нагревательной ванны , ванны для ступенчатой закалки , закалочного бака с водой и печи для искусственного старения со столиком для охлаждения детали. Все процессы в агрегате происходят автоматически. В агрегате имеется конвейер , который движется заранее установленной скоростью и передвигает приспособление с деталями в соответствующих ваннах. Приспособление с деталями поднимается с помощью вертикальных конвейеров и передаются с одной ванны к другой. Преимуществом данного агрегата являются самостоятельные приводы и вариаторы скоростей для каждого конвейера , что позволяет использовать агрегат для самых различных режимов термообработки /10/.
Для контроля температуры применяются термопары. Величина электродвижущей силы зависит от материала термоэлектрдов , составляющих термопару , от температуры горячего спая термопары и холодного спая - свободных концов термопары. Холодные концы термопары присоединяют к милливольтметру , шкала которого градуирована в градусах. Термопара и милливольтметр составляют пирометр . Для контроля температур до 800 С используют хромель - копеливые ( ХК ) термопары. Качество детали после обработки проверяется по твердости ,
микроструктуре и внешнему осмотру отливок .
Твердость алюминиевых отливок измеряется на прессе Бринелля. Для этого определяются условия измерения : коэффициент подобие ( к=2,5 ) ; диаметр шарика Д ш.= 10 мм, нагрузку ( р = к .Д = 2,5 * 100 = 25= кГс ) , время выдержки - 60 секунд . После погружения шарика в образец , остается отпечаток . Диаметр отпечатки измеряется лупой и определяется число твердости по таблице ( или по формуле ) .
Микроструктуру можно определить на микрошлифах . Для этого изготавливают микрошлифт и изучают структуру с помощью металлографического микроскопа . Структура может проверятся неразрушающими способами : ультрозвуковым , радиоционным , магнитным /11/ .
Дефекты отливок - газовая пористость , усадочная пористость, трещины изучаются визуально . Дефекты внутри отливки проверяются с помощью ультрозвука .Широко используется магнитная дефектоскопия ( индукционный метод, магнитографический метод ) .
1.5. Охрана труда и техника безопасности в термоцехах.
Оборудование в термических цехах должно располагаться в соответствии с общим направлением грузопотока . Расстояние между оборудованием и станками цеха должно быть не менее одного метра .
Рекомендуемое расстояние между оборудованием.
Таблица 1.8.
______________________________________________
Название оборудования. Расстояние, м .
_______________________________________________
Толкательные печи 3
Камерные печи 1,5 - 3,0
Печное оборудование 1,0 - 1,5
Высокочастотная устан.. 1,5
________________________________________________________
Закалочная ванна 1.5 -2.5
Допустимая температура в помещениях.
Таблица 1.9.
_______________________________________________________
Наименование Период,С
помещений Холодный Теплый
________________________________________________________Печные зоны + 15 не более ,чем
Травильное отделение + 18 на 5С выше,
Отделение очистки но не менее
детали + 18 - 28 С.
Кабины крановщиков + 20
В термических цехах должно быть санитарно - техническое оборудование ( вентиляторы, калориферы, пылеуловители ) . Вентиляторы низкого и среднего давления используются для отсоса дымовых газов загрязненного воздуха.
Для подачи воздуха к форсункам и горелкам печей применяют вентиляторы высокого давления . Для отсоса дымовых газов , масляных паров , паров солей , пыль от наждачных станков , пескоструйных и дробеструйных аппаратов применяется вытяжная вентиляция . Для отсоса паров - зонты над ваннами , отсос пыли через пылеуловители . Рабочему калильщику должен подаваться обдув холодным воздухом, создаваться водяные экраны для предохранения от теплового излучения печи. Если деталь весит больше 20 кг , должны быть предусмотрены подъемные приспособления . Рабочее место рабочего должно быть хорошо освещено , поверхность пола должна быть ровной и сухой.
Защитное заземление , зануление необходимо для устранения опасности поражения человека током при пробое на корпус.
На предприятиях и в цехах должны быть противопожарные посты , где находится противопожарный инвентарь , для предупреждения пожара - регулярно чистить трубопроводы от сажи , поддерживать в исправности газопровод, маслоохладительные системы и отвод циркулирующего масла .