Термическая обработка шестерен

___Главный металлург нашей компании “ТехноИнжениринг.РФ” пишет для повышения квалификации специалистов по термической обработке металлов: 
___Термическая обработка шестерен очень ответственный технологический процесс. Шестерни, передающие усилия, являются наиболее ответственными деталями, от надежности которых зависит работа всей машины; поэтому их качеству уделяется большое внимание.
___В течение последних лет и в отечественной промышленности, и за рубежом достигли больших успехов в области термической обработки, которые коренным образом изменили технологию обработки шестерен. Изменился и состав стали, из которой изготовляют шестерни.
___От правильного выбора стали для шестерен, технологии штамповки и термической обработки зависит их работоспособность. В России шестерни изготовляют из мелкозернистых сталей, (7—8-й балл шкалы), обладающих определенной степенью прокаливаемое. Без соблюдения этих требований нельзя обеспечить стабильности свойств по деформации и прочности даже при тщательном выполнении всех операций термической и механической обработки. Особенно стабильность свойств зависит от количества в стали углерода. Присадка легирующих элементов регулирует прокаливаемость. К числу таких элементов относятся титан, молибден, церий, цирконий, ванадий. В России получили распространение стали с титаном (25ХГТ, 3ОХГТ, 25ХГТМ). Титан делает сталь природно мелкозернистой, снижает прокаливаемость стали и придает ей хорошие технологические свойства.
___Хром в небольшом количестве (0,4—0,6%) содержат только две стали: 8620 и 4118. Несколько лет назад в США для тех же шестерен применяли стали 3120, 3310, 4615, 6120 и 9310. По данным фирмы Gleason наибольшее распространение за последние годы имеют стали 4027 и 4028, легированные молибденом. Первая отличается от второй только содержанием серы.
___В стали 4027 серы содержится максимум 0,04%, а в стали 4028 — 0,05% (содержание серы повышено для улучшения обрабатываемости). Особенностью этих сталей является повышенное содержание углерода (до 0,30%). Это обеспечивает прочность сердцевины зубьев шестерен, а наличие молибдена при мелкозернистом строении — хорошую прокаливаемость.
___В России в настоящее время для тех же целей применяются марки стали, отличные от американских. Молибден, увеличивающий прокаливаемость и делающий сталь мелкозернистой, заменен титаном и бором. Широкое применение получили хромо-марганцево-титановые стали. Для изготовления шестерен с модулем не более 8 применяется сталь 30ХГТ (она отличается повышенным содержанием углерода).
___Не менее важное значение, чем состав стали, имеет термическая обработка. Штамповки шестерен обычно подвергают отжигу, нормализации или улучшению. Штамповки должны иметь структуру пластинчатого перлита, имеющую хорошую обрабатываемость. Штамповки из молибденовой стали подвергают отжигу, а из хромо-марганцево-титановой — нормализации, иногда с высокотемпературным отпуском. В американской практике применяют изотермический отжиг штамповок; при этом заготовки нагревают выше точки Асr на 50° и после выдержки охлаждают до 650°С, а затем переносят в камеру с температурой 600°С, выдерживают при этой температуре, медленно охлаждают до 400°С и затем помещают в камеру с воздушным охлаждением. Применяются также изотермический отжиг штамповок в соляных ваннах и термо-механическая обработка.
___Шестерни подвергают химико-термической или термической обработке. Большое значение придается стабильности их свойств. Повторяемости свойств можно достигнуть лишь при запуске в производство однородной стали (предполагается, что режимы термической обработки одинаковы). Для обеспечения стабильности свойств шестерен у стали перед запуском в производство проверяют закаливаемость, прокаливаемость и время инкубационного периода в процессе распада аустенита. Короткий инкубационный период позволяет производить закалку в горячем масле или в расплавленной соли (ступенчатая закалка), что обеспечивает минимальную степень деформации шестерен. Закалку производят непосредственно после цементации или нитроцементации.
___После ступенчатой закалки при нормальном содержании углерода в поверхностном слое (0,8—1,0%) шестерни имеют твердость выше HRC 58. В некоторых случаях после ступенчатой закалки шестерни не подвергают отпуску, так как внутренние напряжения при такой обработке минимальны, а сжимающие напряжения на поверхности полезны.
___Отпуск сопровождается снижением твердости на 2—3 единицы. Химико-термическую обработку шестерен производят в атмосфере, основу которой составляет эндотермическая (универсальная) атмосфера с добавками метана или пропана и в небольшом количестве аммиака (до 3,0—5,0%). Одним из эффективных современных методов термической обработки шестерен различного модуля является закалка с индукционным нагревом. Сталь для нагрева ТВЧ должна иметь ограниченную прокаливаемость (например, сталь 55ПП). Этот процесс разработан и применяется в настоящее время только в России. При закалке с нагревом ТВЧ не требуется химико-термической обработки; необходимая твердость (не менее HRC 58) обеспечивается выбранной маркой стали.
___Процесс имеет следующие преимущества: высокую производительность (закалка, например, ведомой цилиндрической шестерни заднего моста грузового автомобиля производится за 2,5 мин), минимальную степень деформации при закалке (зерно аустенита не успевает вырасти, а сложные шестерни можно закаливать под штампом).
___Экономичность и мобильность процесса делают его перспективным; он должен внедряться при разработке комплексных автоматизированных поточных линий. Термическая обработка шестерен коробок передач на заводах фирмы Mercedes (ФРГ). Фирма Mercedes изготовляет шестерни легковых автомобилей из стали 20МоСr4. Штамповки для шестерен подвергают циклическому отжигу, а сами шестерни – цементации, закалке и отпуску. Шестерни грузовых автомобилей изготовляют в настоящее время из стали 25МоСr4, отличающейся повышенным содержанием углерода. Хромо-никелевые стали, в том числе и очень распространенная ранее сталь ECN 45 с содержанием 4—5% Ni и около 1% Сr, уже не применяются. Еще в тридцатых годах хромо-никелевые стали были заменены марганцево-хромистыми 16МnСr5 и 20МnСr5, которые применяются и теперь для изготовления шестерен коробки передач и заднего моста. Марганец и хром обеспечивают необходимую прокаливаемость и прочность сердцевины зуба. На заводе считают установленным, что прочность металла сердцевины зуба шестерни не должна превышать 140 кг/мм2, и обеспечивают это требование контролем плавок на прокаливаемость. Отжиг штамповок шестерен производят при температуре 1000—1050°С для того, чтобы получить грубозернистую перлитоферритовую структуру. При такой структуре сталь отлично обрабатывается. Некоторые заводы за границей применяют для шестерен заднего моста никелевую сталь с содержанием никеля до 2%. После закалки в такой стали находится много остаточного аустенита, что осложняет проведение отпуска.
___В связи с переходом в 1958 г. на газовую цементацию с непосредственной закалкой на заводе были разработаны новые марки стали 20МоСr4 и 25МоСr4 с мелким зерном (балл 6—8). Применение этих сталей, имеющих хорошую прокаливаемость, повысило долговечность (усталостную прочность) зубьев шестерен. Существует мнение, что при высокой прокаливаемости в сердцевине зуба, получается структура троостомартенсита, которая препятствует образованию сжимающих напряжений на поверхности зубьев. Применение стали 20МоСr4 с лучшей прокаливаемостыо, чем у стали 20МnСr5, повысило усталостную прочность шестерен на 20%. Шестерни большого модуля изготовляют из стали с повышенным содержанием углерода (25МоСr5).
___Фирма Mercedes принимает глубину слоя равной 15—20% от модуля зуба шестерни (нижний предел для шестерен легковых автомобилей, верхний — для грузовых). Глубиной слоя фирма считает слой от поверхности детали до зоны, твердость которой на 15% ниже твердости поверхности. Практически степень насыщения углеродом и прокаливаемость должны соответствовать заданной глубине, равной 15—20% от модуля, и на этой глубине твердость должна быть равна HRC 51. Твердость замеряют на закаленном отполированном шлифе на приборе Роквелла или Виккерса.
___Структура цементованного слоя должна состоять из мелкоигольчатого мартенсита с включениями мелких карбидов. Допускается 5—10% остаточного аустенита. Содержание углерода в поверхностном слое допускается в пределах 0,7—0,85% сплавным переходом к сердцевине. На заводе считают, что ударная вязкость стали не является фактором, на который следует ориентироваться при выборе марки стали. Необходимо иметь достаточную прочность, а не вязкость, которая может привести к деформации зуба, а малейшая деформация зуба выводит шестерню из строя. Наиболее надежной является сталь с высоким пределом текучести.
___ 
___________________________________________
Запись опубликована в рубрике 7. Термическая обработка металлов с метками . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *