СПОСОБ ВЫПЛАВКИ МАТЕРИАЛА И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА - Сталь 12Х18Н12М3ТЛ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»



(наименование кафедры)

Вальков Роман Геннадьевич
(фамилия, имя, отчество студента)

Институт ЭиТ курс 1 группа 261302

Направление 190600.62 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»
(код и наименование направления подготовки/специальность)

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине

На тему
(наименование темы)



Работа допущена к защите
(подпись руководителя) (дата)



Признать, что работа
выполнена и защищена с оценкой


Руководитель Александров В.М
(должность) (подпись) (инициалы,
фамилия)

(дата)



Архангельск 2014



ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ




























СОДЕРЖАНИЕ
ЗАДАНИЕ………………………………………………………………………....4
1.РАСШИФРОВКА МАРКИ МАТЕРИАЛА………………………………..…52.СПОСОБ ВЫПЛАВКИ МАТЕРИАЛА И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ...…6 3. РЕЖИМ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ…………………………………….8 4. МИКРОСТРУКТУРА МАТЕРИАЛА ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ...10 5.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ МЕТОДОМ МАШИННОЙ ФОРМОВКИ……………………………………...11 6. ПРОЦЕСС ЗАВАРКИ ДЕФЕКТОВ ЛИТЬЯ……………………………..…13 7. СХЕМА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ………..……………….14СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………….16


















ВАРИАНТ 2
ЗАДАНИЕ
Наименование детали – цапфа.
Материал – сталь 12Х18Н12М3ТЛ.
Характер производства – массовый.
Обрабатываемые поверхности – 3, 4 (рис. 1).
1. Расшифруйте марку материала.
2. Укажите способ выплавки данного материала и обоснуйте его выбор.
3. Укажите режим ТО.
4. Нарисуйте микроструктуру материала после ТО.
5. По эскизу детали опишите последовательность изготовления литейной формы методом машинной формовки. Приведите эскиз собранной литейной формы.
6. Опишите процесс заварки дефектов литья (раковины) и укажите марки электродов.
7. Приведите схемы обработки поверхностей 3, 4 детали.

Рисунок 1. Эскиз детали.





1. РАСШИФРОВКА МАРКИ МАТЕРИАЛА.
Сталь 12Х18Н12М3ТЛ – Легированная хромоникельмолибденовая литейная коррозионностойкая, кислотостойкая, жаропрочная сталь аустенитного класса для отливок с особыми свойствами.
Сталь 12Х18Н12М3ТЛ применяется для изготовления отливок деталей, устойчивых к воздействию сернистой кипящей, фосфорной, муравьиной, уксусной и других кислот; деталей, длительное время работающих под нагрузкой при температурах до +800 °С; отливок групп 1, 2, 3 деталей трубопроводной арматуры и приводных устройств к ней, работающих в серной, кипящей фосфорной кислотах и сульфидном щелоке, а также при высоких температурах рабочей среды от -196 до +600 °С без ограничения номинального рабочего давления; отливок деталей судостроения с протектроной защитой к которым предъявляются требования повышенной стойкости против язвенной коррозии в морской воде; отливок деталей горно-металлургического оборудования; отливок деталей оборудования (арматуры) атомных электростанций, станций теплоснабжения, теплоэлектроцентралей, опытных и исследовательских ядерных реакторов и установок.Сталь не подвержена межкристаллитной коррозии при температуре до +800°С.












2. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ МАТЕРИАЛА
Сталь 12Х18Н12М3ТЛ – (кислотостойкая и жаропрочная) – выплавляется в дуговых и индукционных печах с основной футеровкой. В дуговых печах плавка проводится на свежей шихте с окислением и методом пере¬плава; в индукционных — методами переплава.
Для плавки с окислением в дуговых печах шихта составляется из низ-коуглеродистого лома. В завалку задаются руда и известь. По расплав¬лении фосфористый шлак частично или полностью удаляется и наводится свежий. В хорошо нагретый металл вводится руда или газообразный кислород и проводится кратковременный интенсивный кип до нужного уровня обезуглероживания (для мягких марок до 0,03—0,04% С). Длительность операции обычно не превышает 30 мин. После скачивания окислительного шлака проводится осадочное раски¬сление алюминием (0,1%), ферросилицием или силикохромом (0,2% Si) и силикокальцием (0,1%), наводится восстановительный шлак и в 2— 4 приема вводится нагретый докрасна низкоуглеродистый феррохром. В процессе и после расплавления феррохрома шлак раскисляется сме¬сями порошков 75% ферросилиция (до 5 кг/т стали), алюминия (до 2 кг/т стали) и силикокальция (до 3 кг/т стали). Затем шлак ска¬чивается и наводится новый восстановительный известковый, белый шлак.
После корректировки состава и температуры плавка выпускается в ковш. В сталь, содержащую титан, за 5 мин до выпуска присаживают ферротитан (угар до 50%). При пользовании металлическими отходами или брикетами губки титана последние частично или полностью при¬саживаются в ковш. Длительность восстановительного периода до 1 ч30 мин.
Метод плавки на свежей шихте с окислением из-за невозможности ис-пользования отходов применяется редко и только для ограниченного сортамента марок.
Ю. 3. Бабаскин и В. Н. Муравьев разработали технологию плавки сталей типа 12Х18Н12М3ТЛ с применением кислорода. В основной тигель загружается углеродистая часть шихты и после расплавления продувается кислородом до 0,02—0,03% С (давление 10—15 am), после чего добавляются отходы нержавеющей стали и низкоуглеродистые ферросплавы на средний предел марки. При этом содержание углерода в стали удавалось снизить до 0,06%, что позволило уменьшить содержа¬ние титана до 0,15—0,25%. Чистота стали по включениям и макроде¬фектам существенно улучшилась. Для повышения жидкотекучести и уменьшения склонности к пленообразованию авторы применили конеч¬ное раскисление 0,3% силикокальция.

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА
Я выбрал эти методы способы выплавки, потому что кислотостойкие стали, содержащие легкоокисляющиеся элементы, особенно склонны к пленообразованию и дефектам макро¬структуры и поверхности. Заливка форм должна проводиться с большей скоростью и в оптимальном интервале температур. Присадки поверх¬ностно активных металлов, создание защитной атмосферы и особенно разливка в среде нейтральных газов или вакууме способны существенно улучшить качество отливок. В настоящее время ответственное литье из высоколегированных нержавеющих ста¬лей для специальных отраслей новой техники производится в индукци¬онных вакуумных печах, где плавка и заливка форм осуществляются в вакууме от 1 до 10"3мм рт. ст. При плавке в вакуумных индукционных печах качество стали существенно улучшается, резко уменьшается содержание газов, повышается чистота по неметаллическим включениям и пленам, показатели механических










3. РЕЖИМ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Режим термической обработки определяется химическим составом стали и назначением отливки.Закалка является окончательной термической обработкой, обеспечивающей необходимые эксплуатационные свойства. Ее целью является получение однородного высоколегированного аустенита, устраняющей склонность стали к межкристаллитной коррозии, которая возникает при эксплуатации готового изделия.
Изделия из хромоникельмолибденовых сталей, стабилизированных титаном, для снятия остаточных напряжений и предотвращения коррозионного растрескивания,устранения склонности к межкристаллитной коррозии подвергаютсязакалке (аустенизации).Для придания стали наибольшей пластичности и ликвидации в структуре сигма-фазы закалку рекомендуется проводить при нагреве по верхнему пределу.
Отливки из стали 12Х18Н12М3ТЛ следует подвергать закалке с 1100–1150 °С (более высокие температуры нецелесообразны из-за возможного роста зерна и начала растворения специальных карбидов), охлаждение в воде, масле или на воздухе. Изделия с толщиной свыше 10 мм следует охлаждать в воде. Время выдержки при нагреве под закалку для изделий с толщиной стенок, свыше 10 мм - 20 мин + 1 мин на 1 мм максимальной толщины.

Рисунок 2.Схема термической обработки стали 12Х18Н12М3ТЛ
После закалки сталь приобретает оптимальное сочетание характеристик механических свойств и коррозионной стойкости.

Таб.1.Механические свойства стали 12Х18Н12М3ТЛпосле термической обработки.










4. МИКРОСТРУКТУРА МАТЕРИАЛА ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ


Рисунок 3. Структура после закалки – мелкозернистый аустенит + карбиды + интерметаллиды.












5. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ МЕТОДОМ МАШИННОЙ ФОРМОВКИ
Машинная формовка используется в массовом и серийном производстве, а также для мелких серий и отдельных отливок. По характеру уплотнения различают машины прессовые, встряхивающие и другие.

Рисунок 4.Схемы способов уплотнения литейных форм при машинной формовке:а – прессованием; б – встряхиванием;
1 – цилиндр; 2 - поршень; 3 – стол; 4 – модельная плита с моделью; 5 – опока; 6 – наполнительная рамка; 7 – прессовая колодка; 8 – траверса.
Последовательность изготовления формы прессованием.
Модельную плиту 4 с моделью укрепляют на столе 3. Устанавливают опоку 5 с наполнительной рамкой 6, затем в нее насыпают формовочную смесь. При подаче сжатого воздуха в нижнюю часть цилиндра 1 прессовый поршень 2, стол 3 с прикрепленной к нему модельной плитой 4 с моделью поднимается. Прессовая колодка 7, закрепленная на траверсе 8, входит в наполнительную рамку 6 и уплотняет формовочную смесь в опоке 5. После прессования стол с модельной оснасткой опускают в исходное положение.
Последовательность изготовления формы встряхиванием.
Уплотнение встряхиванием происходит в результате многократно повторяющихся встряхиваний. Под действием сжатого воздуха, подаваемого в нижнюю часть цилиндра 1, встряхивающий поршень 2 и стол с закрепленной на нем модельной плитой 4 с моделью поднимается на 30…100 мм до выпускного отверстия, после выхода сжатого воздуха стол падает и ударяется о преграду. Формовочная смесь в опоке 5 и наполнительной рамке 6 уплотняется в результате появления инерционных сил. Число ударов стола о преграду – борта пневматического цилиндра – составляет 30…50 в минуту. Способ характеризуется неравномерностью уплотнения. Наиболее сильно уплотняются нижние слои, непосредственно прилегающие к модельной плите. По мере удаления от плиты степень уплотнения уменьшается. Уплотнение верхних слоев достигается допрессовкой.

Рисунок 5. Эскиз собранной литейной формы
1 — неподвижная траверса, 2 — прессовая колодка, 3 — наполнительная рамка, 4 — опока, 5 — модель, 6 — модельная плита, 7 — прессовый стол





6. ПРОЦЕСС ЗАВАРКИ ДЕФЕКТОВ ЛИТЬЯ
Подготовка дефектов под сварку. Разделка дефектов может производиться с помощью пневматического зубила, строганием, фрезерованием, сверлением, а также посредством газовой кислородной резки с последующим удалением с поверхности реза слоя окислов, окалины и наплывов. Остатки наплывов шлака и окалины после резки могут вызвать образование трещин и пор в наплавке.Поверхность разделанного дефекта должна быть чистой и иметь плавные очертания.
Заварку небольших раковин чашеобразной формы (объемом 50-500 см3) целесообразно производить следующим образом: дуга зажигается на дне раковины и перемещается медленно по спирали на 3-5 оборотов; после этого, не прерывая процесса сварки, производится обратное перемещение дуги по спирали к середине раковины. В дальнейшем сварка производится по той же схеме с постепенным увеличением количества накладываемых по спирали швов до полного заполнения раковины наплавленным металлом. В этом случае, во избежание залегания шлака между слоями необходимо их перекрывать на 1/3 ширины шва. Указанный способ заварки раковин позволяет, не прерывая процесса, полностью заварить дефект и обеспечивает получение наплавки без пор, трещин и шлаковых включений. При заварке чашеобразных раковин большего объема (свыше 500 см3) необходимо периодически после наложения 3-4 слоев по высоте прерывать процесс для охлаждения наплавленного металла, а также для удаления с поверхности наплавки шлака.
Исправление больших раковин в отливках не вызывает серьезных затруднений, связанных с возможностью получения швов без горячих трещин. В этом случае наплавку можно производить на токе 400-420.
Для своего изделия я применяю электроды марок :ОЗЛ-20, АНВ-17, КТИ-5



7. СХЕМА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ
Для осуществления процесса обработки заготовки необходимо произвести настройку станка, т. е. определить и задать на станке следующие три параметра: скорость главного движения, величину подачи и глубину внедрения режущего инструмента в обрабатываемую заготовку. Эти параметры называются элементами резания, а их совокупность называется режимом резания.
Скорость главного движения называют скоростью резания. Эта величина перемещения поверхности резания относительно режущей кромки в единицу времени в процессе главного движения. Скорость резания измеряют в метрах в минуту, при шлифовании в метрах в секунду.
Скорость подачи или подача S — это скорость перемещения инструмента относительно заготовки в направлении подачи. При точении подача S, мм/об, определяется величиной перемещения инструмента за один оборот заготовки. В ряде случаев бывает необходимо знать величину минутной подачи.
Глубина резания t определяет толщину срезаемого слоя за один проход. Она определяется расстоянием между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренными по нормали к последней. При точении цилиндрической поверхности глубину резания определяют полу-разностью диаметров до и после обработки.
В ряде случаев оказывается необходимым использовать понятия ширины и толщины срезаемого слоя материала. Шириной среза b называют расстояние между обработанной и обрабатываемой поверхностями, измеренное по поверхности резания, а толщиной среза а — расстояние между двумя последовательными положениями поверхностей резания за время одногоборота заготовки.
Станки токарной группы предназначены для обработки наружных и внутренних поверхностей вращения (цилиндрических, конических и фасонных), обработки плоских торцевых поверхностей (подрезание торцов), нарезания резьбы и некоторых других работ. В моём случае необходимо произвести торцевание отверстия подрезным резцом и обработку внутренней поверхности детали расточным резцом. Для обработки отверстий используются сверла, зенкеры, развертки и др.
Главным движением у всех станков токарной группы является вращение заготовки. Движение подачи сообщается режущему инструменту. В машиностроении станки токарной группы составляют 30—40 % от общего парка металлорежущих станков. В зависимости от масштаба производства, конфигурации, размеров и массы деталей их обработка осуществляется на различных типах станков.
Рисунок 6. Схема обработки поверхности 3 и 4







СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1) Лахтин Ю. М. Материаловедение и термическая обработка металлов. Учебник для вузов. 3-е изд. М., «Металлургия», 1983. 360 с.
2)Титов Н. Д., Степанов Ю. А. Технология литейного производства: Учебник для машиностроительных техникумов. 2-е изд. Перераб. М.: Машиностроение, 1978. 432 .
3)Металловедение и технология металлов: Учебник для вузов/ Солнцев Ю. П., Веселков В. А., Демянцевич В. П. и др. М.: Металлургия, 1988, 512 с.
4) Степанов Ю. А. и др. Технология литейного производства: Специальные виды литья. Учебник для вузов по специальностям «Машины и технология литейного производства», «Литейное производство чёрных и цветных металлов»/ Ю. А. Степанов. Г. Ф. Баландин, В. А. Рыбкин; Под ред. Ю. А. Степанова.— М.: Машиностроение, 1983. — 287 с.
5)Технология конструкционных материалов / А. М. Дальский, И. А. Арутюнова, Т. М. Барсукова и др. : Машиностроение, 1985. – 448с.
6) Металловедение. Антикайн П. А. Изд-во «Металлургия», 1972 ,256 с.
7) Н. Н. Кропивницкий, А . М. Кучер, Р. В. Пугачёва, П. Н. Шорников. Технология металлов, М. — Л., Изд. «Машиностроение», 1964. 504 с.
8) Токарное дело: Учебное пособие для сред. Проф.- техн. училищ / П. М. Денежный, Г. М. Стискин, И. Е. Тихор. — 3-е изд., перераб. — М.: Высщ. Школа, 1979. —199 с.