Проект реконструкции участка для термообработки пружин слитковоза в условиях РМЦ - 2 ПАО ММК Им. Ильича с целью повышения эксплуатационной

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ГВУЗ «ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА  К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

По курсу « Проектирование и оборудование термических цехов»

 

 «ПРОЕКТ РЕКОНСТРУКЦИИ УЧАСТКА ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ПРУЖИН СЛИТКОВОЗА В УСЛОВИЯХ

 РМЦ - 2 ПАО ММК ИМ. ИЛЬИЧА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ»

 

Выполнил: ст. гр. З-07-МТ

 Муравьев Р.С., №2007177

Руководитель:

Самотугина Ю.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

Мариуполь, 2012г

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Анализ условий работы изделия, требования ТУ к нему и выбор марки стали
1. Классификация и условия работы пружин 4
2. Требования по механическим свойствам пружин 6
3. Выбор марки стали 7
4. Влияние легирующих элементов на механические свойства 9
2. Выбор технологического процесса 14
3. Определение температуры нагрева пружин и режима нагрева 15
4. Контроль качества 22
5. Выбор и расчет оборудования 24
6. Тепловой расчет нагревательного оборудования 27
7. Тепловой расчет рекуператора 30
8. Определение необходимого количества оборудования 32
9. Автоматизация технологических параметров нагревательных установок   34

Перечень ссылок 37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Термическая обработка является составной  частью большинства технологических процессов изготовления деталей машин, инструмента и полуфабрикатов. При этом повышаются их свойства, что позволяет уменьшить массу деталей машин и конструкций, получить значительного экономию металла, повысить надежность и эксплуатационную стойкость изделий. Поэтому термическая обработка нашла широкое использование на машиностроительных и многих других заводах. В ряде случаев при термической обработке применяются трудоемкие технологические процессы и громоздкое оборудование (камерные печи, печи с выдвижными подами и др.). Одним из главных направлений технологического прогресса в оборудовании и организации термических цехов является механизация автоматизация с целью интенсификации производственных процессов. Автоматизация и механизация производства резко повышают производительность труда, обеспечивают постоянство и точность проведения технологического процесса, улучшают качество продукции, облегчают труд рабочего.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ИЗДЕЛИЯ,

ТРЕБОВАНИЯ ТУ К НЕМУ И ВЫБОР МАРКИ СТАЛИ

 

Пружинные стали предназначены  для изготовления пружин, упругих  элементов, пружинящий деталей приборов и механизмов, а также рессор различного типа.

 

1. Классификация и условия работы пружин

 

По способу изготовления пружинные  стали делят на стали, упрочняемые  путем пластической деформации и  последующего стабилизирующего отпуска, и стали, упрочняемые путем закалки на пересыщенный твердый раствор и последующего отпуска. Пружинные материалы наиболее часто используют в виде проволоки или ленты, из которых затем путем навивки, резки или вырубки изготавливают пружины и пружинящие детали необходимой конфигурации. При получении пружинной проволоки или ленты нередко применяют совмещенный способ упрочнения, включающий закалку на пересыщенный раствор и пластическую деформацию с последующим отпуском.

Пружины являются упругими элементами разнообразных машин и приборов, предназначенных для создания, восприятия или гашения ударов, колебаний, сотрясений, а также для привода подвижных частей или для измерения усилий. По характеру работы различают пружины, работающие на сжатие, растяжение, кручение, и специальные, воспринимающие комбинированную загрузку, в основном изгиб. По форме пружины делятся на винтовые, спиральные, тарельчатые и др  (рис. 1.1). Различные типы пружин могут эксплуатироваться при статическом приложении загрузок (например, постоянное сжатие), при динамических загрузках (буферные пружины) и многократных динамических загрузках с большим числом циклов нагружения различной частоты (пружины клапанов двигателя).

 

 

Рисунок 1.1 – Эскиз  пружины

 

 

2. Требования по механическим свойствам пружин

 

Основной рабочей характеристикой  пружин является их жесткость, т.е. их способность  деформироваться на определенный размер при заданных нагрузках. Величина и постоянство рабочих нагрузок, а также отсутствие поломок и изменения размеров (проседание, растяжение) характеризует качество пружин.

Наибольшее распространение в  технике имеют винтовые пружины. Крупные винтовые пружины изготавливают  из прутков диаметром более 12 мм, средние — из проволоки или прутков диаметром 1,5-12 мм. Мелкие пружины изготавливают из проволоки диаметром 0,2-1,5 мм.

В большинстве пружин материал работает на кручение, поэтому для расчету  пружин используют модуль сдвига материала  и допускаемое напряжение при кручении. Пружины не испытывают деформации растяжения, однако существует корреляция между механическими проволоки на растяжение и работоспособностью пружины. Это обстоятельство, а также методические удобства определения, обусловили широкое использование испытаний на растяжение для оценок качества пружинных материалов.

По назначению пружинные стали  можно разделить на стали общего и специального назначения. Стали общего назначения предназначены для изготовления изделий, обладающих высоким пределом упругости и релаксационной стойкостью, при достаточной пластичности и вязкости и для пружин работающих при циклических нагрузках, и высоким сопротивлением усталости. Рабочая температура таких пружин обычно не превышает 100 — 120 °С Стали специального назначения предназначены для изготовления изделий, к которым кроме необходимого высокого комплекса механических свойств (предел упругости, сопротивление релаксации напряжений, пластичности и др.) предъявляют требования по обеспечению специальных физико- химических свойств (коррозионной стойкости, немагнитности, интервале 200 - 400° С и выше. В некоторых случаях необходимы пружины для работы при теплостойкости и др.). Температуры эксплуатации таких пружин находятся в отрицательных температурах. Имеются высоколегированные пружинные сплавы с заданными коэффициентами линейного расширения, независимым от температуры модулем упругости и др.

 

3. Выбор марки стали

 

Требования к свойствам пружинных  сталей, определяются условиями работы пружин и механизмов, которые могут  быть исключительно разнообразны. Наиболее общим требованием ко всем пружинным сталям является обеспечение высокого сопротивления малым пластическим деформациям (предел упругости) и релаксационной стойкости (сопротивление релаксации напряжений).

Предел упругости пружинных  сталей определяют при некотором  допуске на остаточную деформацию, равном обычно 0,03-0,005%.

Высокая релаксационная стойкость  пружинных сталей обеспечивает точность и надежность работы пружин и упругих  элементов, постоянство во времени  эксплуатационных свойств.

Для изготовления пружин общего назначения применяют стали, состав и механические свойства, которых приведены в  таблице 1.1.

Для производства пружин слитковозов  также можно применить сталь 60С2ХА. Данная сталь применяется для  производства тяжело нагруженных пружин. Для данной работы принимаем диаметр прутка пружины 75 мм; при этом масса одной пружины равна 77,5 кг и ее размеры – 300x400 мм. Сталь 75ХМФ, не содержит дефицитных и дорогих легирующих элементов, и в плане цены несомненно она наиболее выгодная из данных марок стали, но ее механические свойства не соответствуют необходимым для условий работы. Сталь 60С2Н2А удовлетворяет нас по механическим свойствам, но содержит дефицитный и дорогой Ni, поэтому мы вынуждены отказаться от ее использования. А сталь 50ХФГА, удовлетворяет нас и по механическим свойствам и не содержит особо дорогостоящих легирующих элементов. Ее мы будем использовать в проекту.

Марка стали	С	Si	Mn	Ni	S	Р	Cr	Мо	V	Си
75ХМФ	0,7- 0,8	0,2-0,6	0,2- 0,7	До 0,3	До 0,04	До 0,04	1,4-1,7	0,1- 0,3	0,05- 0,25	-
60С2Н2А	0,56-0,64	1,4-1,8	0,4- 0,7	1,4-1,7	До 0,025	До 0,025	До 0,3			До 0,2
50ХФГА	0,48-0,55	0,17-0,37	0,8-1	До 0,25	До 0,025	До 0,025	0,95-1,2		0,15- 0,25	До 0,2

Таблица 1.1 – Химический состав сталей 

 

Таблица 1.2 – Критические точки и механические свойства при 20 °С

Марка стали	Ас1, °С	Ас3, °С	σв	σm	δ 5	δ	KCU
75ХМФ	760	790	750	430	19	41	240
60С2Н2А	765	780	1470	1325	8	30	410
50ХФГА	750	790	1422	1324	6	35	400

_в - Предел кратковременной прочности, [МПа]

σ_m - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]

δ ₅- Относительное удлинение при разрыве, [ % ]

δ - Относительное сужение, [ % ]

KCU - Ударная вязкость, [ кДж / м²]

 

Химический состав стали 60С2ХА

 

 

Химический элемент	%
Кремний Si	1.4-1.8
Медь (Сu), не более	0.20
Марганец (Мn)	0.40-0.70
Никель (Ni), не более	0.25
Фосфор (Р), не более	0.025
Хром (Сr)	0.70-1.0
Сера (S), не более	0.025

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

Т отпуска, °С

s0,2, МПа	sВ, МПа	d5, %	у,%	KCU, Дж/м2	НRСэ
Закалка 880-890 °С
200					23	59
250	2270	2380		28	27	58
300	2210	2340	6	26	36	58
350	2020	2240	8	26	23	57
400	1830	1990	8	38	37	52
450	1600	1730	9	39	53	48
500	1400	1530	10	38	47	44
550	1240	1380	10	38	60	40

Термообработка, состояние поставки	s0,2, МПа	sВ, МПа	d5, %	у,%	KCU, Дж/м2	НВ
Пружины. Отжиг 860 °С, горячая навивка 850-890°С. Закалка 850-870 °С, масло. Отпуск 400-420 °С	1570	1760	5	20	29	420-475

 

 

 

 

 

 

 

4. Влияние легирующих элементов на механические свойства