«Разработка технологии и проектирование отделения термической обработки стяжных винтов из стали 40ХНА»

. ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Годовая производственная программа
Годовая производственная программа, которая служит основой проектирования отделения термической обработки, представлена в таблице 1.1, брак - 3%. Объемы годной продукции составляют 866т.

Таблица 1.1 – Годовая производственная программа термического отделения
Наименование детали Марка стали Габаритные размеры, мм Масса изделия, кг Годовой выпуск
Диаметр, мм Длина, мм штук тонн
Винт стяжной 40ХНА 80 1334 50,9 17000 866
Итого 17000 866

Условия работы и технические требования к изделиям

В качестве детали для расчета в данной работе был выбран стяжной винт. Стяжной винт – это деталь, которая является несущей деталью внутритрубных диагностических устройств для проведения профилактических очистных и измерительных внутреннюю полость трубопровода. Стяжной винт воспринимает нагрузку от расположенных на нем деталей, конструкция ВИС представлена на рис. 1.1

Рисунок 1.1 – Конструкция ВИС
Внутритрубный снаряд с измерительным диском имеет ось симметрии 12 и состоит из корпуса 1, опорных упругих элементов 2, установленных на передней и задней частях внутритрубного снаряда, калибровочного элемента 5 с установленным на нем не менее одним резистором изгиба 4, прокладочных дисков 6, 8, низкочастотного передатчика 7, блока регистрирующей аппаратуры 9, крепежных элементов 10 и фланцев 11.
Таким образом, объект исследования данной работы – это стяжной винт, представленный на рис. 6. поз.10. Данный элемент конструкции испытывает нагрузку на кручение.
Основными параметрами для материала является прочность, достаточная вязкость, и сопротивление усталости стали. В связи с этим материал должен иметь большой запас прочности и высокий предел выносливости. Детали этого типа работают при значительных статических нагрузках. Для обеспечения этих свойств в состав стали, вводят легирующие элементы, что повышает конструкционную прочность стали и равномерное распределение механических свойств по всему сечению. Их применяют после закалки и отпуска, поскольку в отожженном состоянии они по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых сталей. Высокие механические свойства при улучшении возможны только при обеспечении требуемой прокаливаемости, поэтому она служит важнейшей характеристикой при выборе стали. Кроме прокаливаемости, важно получить мелкозернистую микроструктуру и не допустить развитие отпускной хрупкости [4].
Поскольку исследуемая деталь является несущей деталью внутритрубных диагностических устройств для проведения профилактических очистных и измерительных внутреннюю полость трубопровода, то необходимо учесть фактор эксплуатации в северных районах, а именно, требуется достаточная хладостойкость металла.
Комплекс необходимых технических свойств стяжного винта представлены в таблице 1.2.
Таблица 1.2–Свойства стяжного винта при нормальной температуре из стали 40ХНА
Временное сопротивление
σв, МПа Предел текучести σт, МПа Относительное сужение
ψ, % Относительное удлинение
δ, % Ударная вязкость
KCU, кДж/м2 Твердость,
НВ
≥ 530 ≥ 275 ≥ 30 ≥ 13 ≥ 290 197


Микроструктура термически обработанной детали для достижения комплекса необходимых свойств (см. в таблице 1.2), в соответствии с техническими требованиями механических свойств стяжных винтов, должна представлять собой по всему сечению сорбит отпуска (рисунок 1.2) или иметь феррито – перлитную структуру.

Рисунок 1.2 - Микроструктура стали 40ХНА после термообработки, х500

Характеристика и обоснование марки стали
Для изготовления оси было выбрано 3 марки стали: 38ХА, 40Х и 40ХНА. Рассмотрим их более подробно.
38ХА - Конструкционная легированная сталь с содержанием углерода 0,38% и с содержанием хрома: 0,8-1,1%. Содержит меньшее количество вредных примесей фосфора и серы, что требует дополнительных затрат.
40Х – конструкционная легированная сталь с содержанием углерода 0,4% легированная хромом.
40ХНА – Конструкционная легированная сталь с содержанием углерода 0,4%. Дополнительно помимо хрома легирована никелем в количестве 1-1,4%. Буква А на конце говорит о том, что стал высококачественная с содержанием фосфора и серы менее 0,025%. Никель повышает прокаливаемость, однако способствует развитию отпускной хрупкости [7].
Механические свойства после улучшения рассматриваемых сталей приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Термообработка и механические свойства сталей [1]
Марка стали
Температура, ℃