Proiect

Ingineria suprafetelor

Student: Soava Alin An IV G Gr. 15

1.Tema proiectului

Sa se proiecteze tehnologia şi echipamentele pentru realizarea tratamentului termochimic al produsului metalic: Arbore canelat din materialul 36MnCrSi13.

2.Continutul proiectului: 2.1 Studiul piesei:

Rolul funcţional şi solicitarile principale ale produsului, analiza tehnologica şi constructiva a produsului.

Scopul tratamentului termic sau al tratamentului termochimic cerut.

Corelarea dintre forma constructivă şi tratamentul cerut.

3.Studiul materialului: Compoziţia chimică. Starea de livrare a semifabricatului. Domenii de utilizare. Caracteristicile fizico-chimice, mecanice şi tehnologice. Puncte critice pe diagramele T.T.T şi banda de

călibilitate. Tratamente termice si termochimice caracteristice.

4.Studiul tratamentelor termice şi/sau termochimice propuse produsului:

Alegerea şi scopul variantei de tratament. Determinarea parametrilor tehnologici. Structura şi proprietăţile ce se obţin. Elaborarea ciclogramei de tratament termic sau

termochimic.

5.Proiectarea echipamentelor tehnologice necesare realizării tratamentelor termice propuse.

Pentru şarja maximă.6.Întocmirea planului de opraţie.

Calcule tehnico-economice Instrucţiuni de protecţie a muncii.

7.Bibliografie

2.Conţinutul proiectului:

2.1Studiul piesei

Rolul funcţional şi solicitările principale ale produsului, analiza tehnologică şi constructivă a produsului

Arborii sunt organe de maşini care se rotesc in jurul axei lor longitudinale, formati din mai multe tronsoane , şi care transforma cu ajutorul bielelor sau a culiselor, o miscare rectilinie alternativă intr-o mişcare de rotaţie, sau invers. O data cu aceste mişcări, se transmite prin arborii cotiti un moment de răsucire, respectiv o putere, altor organe de maşini, cu care aceştia sunt asamblati. Arborele este supus la presiuni şi frecari pe suprafeţele de contact, la solicitări de încovoiere, compresiune, respectiv întindere, precum si la torsiune si vibraţii, care pot acţiona simultan în diferitele lui secţiuni.

Analiza tehnologică.

-Se porneşte de la profile laminate,care apoi se strujesc pe toată lungimea.

-Zona de sprijin pe lagar se prelucrează foarte îngrijit prin rectificare, şlefuiri cromate.

-Se mai poate executa şi prin forjare pornind tot de la semifabricatul laminat.

-Operaţia de forjare pregăteşte semifabricatul în vederea prelucrării tot prin aşchiere.

-Se mai poate executa si prin turnare in funcţie de condiţiile locale

Scopul tratamentului termic sau al tratamentului termochimic cerut

Tratamentele termochimice se folosesc pe scară tot mai largă în producţie ca mijloc de îmbunătăţire a caracteristicilor mecanice sau fizico-chimice ale straturilor superficiale ale pieselor şi sculelor. Modificarea structurii şi proprietăţilor straturilor superficiale se obţine pe seama modificării compoziţiei chimice, îmbogăţirii într-un anumit element,eveatual urmat de tratament termic. În funcţie de proprietăţile dorite se alege elementul de îmbogăţire şi regimul de tratament termochimic.

La baza tuturor tratamentelor termochimice stau aceleaşi trei procese elementare, şi anume : disocierea (d), adsorbţia (A) şi difuziunea (D), între care trebuie să se asigure relaţia d~A<D, pentru a se obţine o îmbogăţire convenabilă în elementul dorit pe o adîncime mică.

Dintre tratamentele termochimice utilizate în practică, cele mai răspîndite sînt : cementarea, nitrurarea şi carbonitrurarea.

Nitrurarea

Este tratamentul termochimic cu azot aplicat otelurilor si fontelor cu o anumita compozitie de chimica, la o temperatura de inferioara punctului Ac1, intr-o atmosfera de amoniac sau in alt mediu capabil sa puna in libertate azot activ. Acest tratament se aplica ptr. obtinerea uni strat superficial bogat in azot, co scopul de a mari duritatea superficiala rezistenta la uzura, la oboseala si la coroziune. Nitrurarea este precedata, dar nu este urmata de un alt tratament termic.

Nitrurarea otelului (sau fontei )se poate efectua in mediu solid, lichid sau gazos ; in toate cazurile, insa nitrurarea se datoreste azotului activ in stare atomica. In industrie se foloseste frecvent nitrurarea in mediu gazos. Azotul atomic se obtine prin disocierea amoniacului (NH3) la temperaturi de peste 500 ۫C.

Procesul de nitrurare consta din urmatoarele faze :disocierea amoniacului, saturarea stratului superficial cu azot si difuziunea azotului in miez

2NH3→3H2+2N.

Azotul care se degaja rectioneaza cu fierul, formand nitruri. Racirea de le temperatura de nitrurare se efectueaza in cuptor, asfel incit in hotel nu se produc tensiuni interne.

Stratul nitrurat al otelurilor este foarte subtire , de numai cateva zecimi de mm . Duritatea stratului nitrurat ajunge la valoarea cea mai mare ce se poate obtine printr-un tratament termic sau termochimic. Structura straturilor nitrurate este foarte diferita si depinde de conditiile de nitrurare (temperatura si timp ) si in special de compozitia chimica a otelului.

Curbele gradient de duritate pe sectiunea unor starturi nitrurate

Ciclograma tratamentului chimic de imbunatatire

3.Studiul materialului:

Materialul pentru realizarea arborelui canelat este un otel aliat cu 0,36%C, otelul este 36MnCrSi13.

Elemente chimice compunente

% de masa

Mn 0.16-0.22

Si 0.17-0.37Cr 0.9-1.2Ni Max0.30Cu Max0.30

Otelul este folsit pentru confectionarea de:

Angrenaje Arbori Axuri Bolturi Piese pentru articulatii Came Bucse

Tratament termic:

imbunatatire+nitrurare ionica(56-58HRC) in zona canelurilor (d=0,2-0,3mm,800-1000HV)

Caracteristici mecanice:

Simbolul T.T

Diametrul sau

grosimea mm

Rezistenta

mecanica

RmN/mm²

Limita de

curgere

N/mm²

Alungirea la

rupereA %

KCU 300/

3 min

l/cm2

36MnCrSi13

Cr Max 1617-40

41-100

1050-1400850-1200650-1000

740620470

89

10

707070

4. Studiul tratamentelor termice şi/sau termochimice propuse produsului:

Tratament termic de imbunatatire+nitrurare ionica

Semnificaţia notaţiilor:

T0 - temperatura iniţială,[°C];Ti - temperatura de încălzire,[°C];Ts - temperatura suprafeţei,[°C];Tc - temperatura centrului,[°C];Tr - temperatura de răcire,[°C];ti - timpul de încălzire,[h];tm - timpul de menţinere,[h];ttot - timpul total,[h];tr - timpul de răcire,[h];

Se cunosc:

materialul 36MnCrSi13;

temperatura: T = 810 - 840 [°C];

mediul de răcire : ulei;

raza r =0,03m;

Temperatura T am ales-o

Ti = 810 °C

În funcţie de această valoare se stabileşte temperatura mediului de încălzire cu relaţia:

Tm = Ti+ (20...30) [°C]

Tm =830 [°C]

Stabilim condiţiile concrete de încălzire pentru incalzirea in cuptor electric:

-dimensiunea de calcul: R = 0.03[m];

-coeficientul de transfer termic potrivit relaţiei are valoarea:

C = 15 deoarece am ales temperatura cea mai mica a intervalului de incalzirePentru baie de saruri:Alegem sarea cf. Tab 1.1 pag 21Am ales KCl

=232,6K=1,75T =725ºC

= +k(T - T )=232,6+1,75(830-725)= 381.35

= 416,35

Valoarea medie a conductivitaţii termice pe intervalul de încălzire (20...810)°C:

Deoarece avem un otel cu o valoare pe intervalul 800..1000ºC este aceeasi, deci si la temperatura de 810 ºC va fi la fel astfel nu vom mai realiza interpolarea si vom lua valoarea de pe intervalul amintit mai sus.

Astfel W/m ºCCum W/m ºCVom calcula valoare medie:

Valoarea criteriului Biot (Bi) devine:

pentru cuptor electric Deoarece Bi<0,25 piesa este subtire astfel durata de incalzire se considera a fi si durata de mentinere In continuare vom calcula timpul total de calire:

Calculam pe intervalul 20..810ºC

Calculam Cp810 prin interpolare cunoscand

Cp800=933,4 [J/Kg x °C];Cp1000=1000,4 [J/Kg x °C]; Cp20=456,2 [J/Kgx °C];

810800 1000

933,4

Cp810

1000,4

T [°C]

Cp

X

37min si 46 s

Marimile folosite: R=raza cilindrului[mm] ρ=denitatea[kg/m³] =caldura specifica medie pe intervalul unde se face

calculul =coeficient ce depinde de forma geometrica a

piesei(pentru cilindru k=2) =temperatura mediului[°C] =temperatura mediului ambiant[°C] =temperatura de incalzire a piesei[°C] ά=coeficient al mediului de incalzire[W/m² ºC]

In continuare calculam timpul total de racire folosind aceeasi formula de la incalzire dar se schimba parametrii de incalzire cu cei de racire astfel marimile folosite sunt:

=temperatura mediului de racire[°C](ulei ,este de 50ºC)

=temperatura initiala a piesei de racire[°C] =temperatura pana la care se face racirea piesei [°C]

( =100°C) = coeficient ce depinde de forma geometrica a

piesei(pentru cilindru k=2) ά=coeficient de cedare a caldurii in mediul de

racire[W/m² ºC]In rest marimile de la incalzire se pastreaza

`

4min si 56 s

5.Proiectarea echipamentelor tehnologice necesare realizării tratamentelor termice propuse