книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач
..pdfТермическая и химико-термическая обработка зубчатых колес |
241 |
Рис. 7.7. Зависимость сопротивления контактной усталости зубчатых колес от твердости це ментованного слоя на глубине -0,1 т: 1—о —при твердости слоя 750-770 HV; 2 —Д—700-710 HV; 3 —□ — 650-680 HV; х — при наличии бейнита 10%; V —при наличии бейнита 20%; © —при нали чии глобулярных карбидов 20%
увеличении количества бейнитных выделений до 20% долговечность зубчатых колес по нижается в 3 раза.
Исследованиями установлено также [51, 52], что к значительному понижению со противления глубинному контактному выкрашиванию приводит присутствие в цемен тованных слоях на глубине -0,1т глобулярных карбидов. Результаты испытаний пока зывают, что наличие в этой зоне карбидов приводит к катастрофически быстрому выхо ду из строя зубчатых колес как из-за прогрессирующего контактного выкрашивания, так и из-за сколов вершин зубьев. Отметим, что на большинстве машиностроительных пред приятий применяют рекомендации ряда исследователей по увеличению содержания глобулярных карбидов для повышения контактной выносливости цементованных по верхностей зубчатых колес. Однако исследования показали, что долговечность зубчатых колес при содержании карбидов в цементованных слоях до 20% в 1,5-3,5 раза меньше (испытания Ф), чем зубчатых колес с высококачественной структурой цементованных слоев, состоящей из игольчатого (пластинчатого) мартенсита и 35-45% остаточного ау стенита с твердостью слоя на глубине -0,1т - 750-770 HV.
При исследовании структуры бейнитных выделений методами электронной просве чивающей и растровой микроскопии обнаружено, что в цементованных слоях с содержа нием углерода 1,0-0,6% С и твердостью 57-60 HRCS, допускаемой общепринятыми нор мами, наряду с бейннтом могут присутствовать и мартенситные области с морфологией реечного (пакетного) типа [53, 54]. Таким образом, микроструктура цементованных слоев зубчатых колес из легированных сталей, охлажденных со скоростями выше критической скорости закалки и имеющих твердость не ниже 57IIRC,,, может содержать в себе не толь ко пластинчатый (игольчатый) мартенсит, остаточный аустенит и карбиды, но и дисперс ные выделения бейнита н мартенсита с реечной морфологией. При исследовании метода ми растровой электронной микроскопии зубчатых колес после эксплуатации и стендовых
242 Г л а в а 7
испытаний было установлено, что процессы зарождения и развития усталостных мнкротрещни в этих структурных составляющих существенно различаются. В цементованных слоях с выделениями бейннта н реечного мартенсита наблюдался более быстрый рост мнкротрещнн с последующим развитием усталостной магистральной микротрещины, приводящей к усталостному разрушению зубьев. Эти особенности структуры цементован ных слоев н ее влияние на сопротивление усталости учитывает разработанный стандарт предприятия на контроль качества высоконапряжеиных зубчатых колес [7].
Стандарт рекомендует способ выявления бейннта, требования к эффективной толщи не слоя и его микроструктуре, которые регламентируются четырьмя шкалами эталонных микроструктур. Основные требования стандарта предприятия к качеству цементованных слоев и сердцевины ответственных зубчатых колес приведены в графе 5 табл. 7.8. На ос новании полученных данных разработаны межгосударственные стандарты [55, 56], уста навливающие требования к эффективной толщине упрочненных слоев зубчатых колес тяжелонагруженных передач ответственного назначения и к методам ее определения.
Как видно из приведенных данных, разработанные технические условия на качество высоконапряженных цементованных зубчатых колес уточняют требования ие только к эффективной толщине слоя и содержанию бейннта, но и к обычно регламентируемым структурным характеристикам (к морфологии и глубине залегания темной составляю щей, троостита, обособленных карбидов, содержанию остаточного аустенита). Из табл. 7.8 следует, что для обеспечения высоких значений характеристик сопротивления устало сти глубина залегания темной составляющей и троостита не должна превышать 15 мкм, для обособленных глобулярных карбидов допускается несколько большая глубина зале гания, но не более (0,03-0,05)/и при размере частиц не более 2 мкм. Количество остаточ ного аустенита, выявляемого методом рентгеновского анализа, не должно превышать 30-40% на расстоянии от поверхности, равном (0,05-0,1)ш.
Содержание бейннта, выявляемого после травления шлифов в специальном реактиве, не должно превышать 10% на глубине, превышающей 0,05 модуля. Контроль содержания бейнитной фазы можно проводить по разработанной шкале эталонных микроструктур, как это принято для других составляющих цементованных слоев [7]. Шкала представляет микроструктуры цементованного слоя с количеством бейнита, соответствующим 9 бал лам. С возрастанием номера балла увеличиваются количество бейнита и размер бейнитных выделений. Микроструктуры 1-2 баллов отвечают мартенситно-аустенитной струк туре цементованного слоя, не содержащей бейпитных выделений. Эта структура соответ ствует цементованным слоям зубчатых колес высокого качества. Третий балл представляет собой структуру со следами бейнитной фазы. Для зубчатых колес с таким содержанием бейнита характерно незначительное понижение эксплуатационных свойств. Для структуры цементованных слоев 4-5 баллов характерно значительное содержание бейнита. Бейнит в таком количестве отрицательно влияет на контактную выносливость. Зубчатые колеса с цементованными слоями, где количество бейнитной фазы соответству ет 6-9 баллу, имеют пониженную долговечность. Долговечность тяжелонагруженных зуб чатых колес при содержании бейнита, соответствующего 6 баллу, может понижаться при мерно вдвое.
По данным исследований [40-44] к существенному понижению долговечности высо конапряженных зубчатых колес приводит и недостаточная теплостойкость упрочненного слоя, т. е. недостаточное сопротивление разупрочнению при нагреве микрообластей рабо чих поверхностей зубьев, которое происходит при высоких уровнях нагрузки и неудовле творительных условиях смазки контактирующих поверхностей («выдавливание» и раз рыв масляной пленки). Поэтому для обеспечения надежности высоконапряженных зубча
Термическая и химико-термическая обработка зубчатых колес |
243 |
тых передач необходимо применение сталей, не испытывающих разрушения при кратко временных напэевах до 350-550 °С.
Полученные данные, а также комплексные исследования зубчатых колес ведущих фирм (Caterpiller, Mersedes-Bcnz, Комацу, Unit-Rig) показывают, что достижение требуе мого качества упрочнения, а, следовательно, и высоких эксплуатационных свойств зуб чатых передач, возможно лишь при правильном выборе стали и применении уникаль ных автоматизированных технологии ХТО [7]. Установление отдельных операции ХТО (режимов насыщения, подстуживання, нагрева и охлаждения при закалке и т. п.), обес печивающих регламентированное качество структуры слоя и сердцевины, должно осно вываться на результатах оценки прокаливаемостн и закаливаемости цементованных слоев и сердцевины зубчатых колес из конкретной марки стали с учетом размера и фор мы шестерни и особенностей оборудования, на котором осуществляется химико-терми ческая обработка. Печное оборудование для реализации современной технологии ХТО должно быть оснащено компьютеризированными системами контроля и регулирования углеродного потенциала технологической атмосферы и закалочными агрегатами с высо кой и регулируемой охлаждающей способностью.
ИНДМАШ НАНБ (г. Минск) и НИИМТ (г. Екатеринбург) разработаны технологии ХТО нового уровня, которые внедряются на ряде машиностроительных предприятии Рес публики Беларусь [21]. Регулирование режимов ХТО осуществляется отечественной сис темой КАРБООКС производства НИИМТ и фирмы Системтроник (г. Екатеринбург). Помимо оригинальных датчиков параметров техпроцесса (углеродного потенциала печ ной атмосферы, температуры и т. п.) система КАРБООКС имеет микропроцессорный блок, обеспечивающий задание технологических режимов, выдачу цифровой и аналого вой информации, а также связь с ЭВМ верхнего уровня (типа IBM 486DX/100).
Получено, что современное печное оборудование для ХТО, оснащенное компьютери зированными системами регулирования параметров технологических атмосфер, темпера туры, продолжительности процессов, позволяет обеспечить требуемое качество деталей по многим параметрам (глубине цементации, поверхностной твердости, регламентирован ному распределению содержания углерода и твердости по толщине слоя).
Автоматизированное управление технологическим процессом ХТО осуществлялось на основе сравнения заданного техпроцесса с непрерывно поступающей информацией о параметрах режимов и их обсчетом по математической модели процессов цементации и закалки. Применение математических моделей техпроцессов и компьютеризированных управляющих систем позволило получить регламентированное качество обрабатываемых деталей при максимальной производительности процессов. Такие автоматизированные технологии химико-термического упрочнения являются необходимым звеном современ ного конкурентоспособного производства.
Уровень современных технологий ХТО позволяет более целенаправленно проводить разработку новых цементуемых сталей с повышенными теплостойкостью, пределами нзгибной и контактной выносливости. Обеспечение структуры упрочненных слоев с повы шенным сопротивлением развитию усталостных трещин и релаксации искажений микро структуры этих перспективных материалов на ннкель-хром-молнбденовой и нн- кель-хром-ванадиевой основе достигается за счет дополнительного дисперсионного твердения после цементации и закалки.
244 |
Г л а в а 7 |
7 .4 .3 . Нормативные показатели качества цементуемых сталей, регламентирующие основные стадии технологии изготовления ответственных зубчатых колес высокой долговечности
Одним из недостатков промышленных технологий изготовления зубчатых колес си ловых передач является значительный разброс долговечности, существенно зависящий от нестабильности прочностных и усталостных характеристик цементованных (нитроцемептованных) сталей. Причины большого разброса характеристик сопротивления нзгнбной и глубинной контактной усталости для цементованных сталей с высокой твердостью про должают привлекать внимание исследователей. Пока нет достаточно полного понимания, почему цементованные слои с твердостью 650-800 HV могут иметь широкое поле значе ний пределов контактной выносливости, в одних случаях 1100 МПа, а в других:
—1300 МПа для цементованных слоев с твердостью 650 HV;
—1400 МПа — с твердостью 730 HV;
—1500-1700 МПа — с твердостью 750-800 HV.
Пределы выносливости при изгибе зубчатых колес из цементованных (иитроцемеитованных) сталей также могут колебаться в пределах 400-1100 МПа даже при одинаковых механических свойствах сердцевины и качестве упрочненного слоя, отвечающем нормам, принятым в промышленности.
По данным исследований [7] для ответственных зубчатых колес силовых передач должны быть регламентированы требования к качеству металла и заготовок, эффектив ной толщине упрочненного слоя, твердости и структуре слоя и сердцевины, которые должны вноситься в технологические карты на всех стадиях изготовления (табл. 7.9).
Таблица 7.9
Нормативные показатели качества цементуемых сталей, регламентирующие основные стадии технологии изготовления ответственных зубчатых колес высокой долговечности
Регламентирую щ ие характеристики. |
Т ех н о л о ги ч ес к и е |
|
стад ии и зго то в л ен и я |
||
П оказатели качсстиа |
||
зу бч аты х колес |
||
|
||
I. Требования к качеству исходного металла |
Заготовительные |
|
1. Контролируемые параметры. |
операции и входной |
|
1.1. Отбор проб для контроля качества металла на соответствие требова |
контроль |
|
ниям ГОСТ4543-71 и рекомендациям ИНДМАШ, ТУ чертежа (химиче |
|
|
ский состав, твердость, механические свойства, прокаливасмость, по |
|
|
верхностные дс(])скты, микроструктура, величина наследственного ау |
|
|
стенитного зерна, микроструктура) |
|
|
2. Обязательные требования к качеству исходного металла. |
|
|
2.1. Входной контроль качества металла па соответствие требованиям |
|
|
ГОСТ 4543-71 производится для каждой плавки стали. |
|
|
2.2. Стальдолжна быть наследственно мелкозернистой с нормированной |
|
|
величиной зерна —не фубсс NL* 6 ГОСТ 5639-82. |
|
|
2.3. Сталь поставляется с учетом п. 2.18 ГОСТа 4543-71 (по требованию |
|
|
потребителя): |
|
|
о - с нормированной величиной аустенитного зерна, которая не долж |
|
|
на быть крупнее № 6 (вместо № 5, оговоренного ГОСТом), |
|
|
у - с копт]х>лсм полосчатости и нидмапштедтовом структуры. |
|
|
2.4. Каждая плавка стали контролнрустся на чувствительность к перегре |
|
|
ву при температуре горячего пластического деформирования. Величина |
|
|
зерна аустенита - нс грубее № 6 ГОСТ 5639-82 |
|
Термическая и химико-термическая обработка зубчатых колес |
245 |
||
Продолжение таблицы 7.9 |
|||
Регламентирующие характеристики. |
Технологические |
||
Показатели качества |
сталии изготовления |
||
зубчатых колес |
|||
|
|||
II. Трсбоиания к качеству изготовления заготовок |
Горячая пластиче |
||
1. ГР.Н 156-229 НВ ГОСТ 8479-70. |
ская деформация |
||
2. Величина действительного аустенитного зерна натермообработанных за |
(копка, штамповка, |
||
готовках должна быть не грубее № 6, ГОСТ 5G39-82. |
изготовление |
заго |
|
3. Микроструктура заготовок после термообработки феррито-нерлитная. |
товок методом горя |
||
4. Расположение волокон металла в заготовках должно иметь ориентацию, |
чего накатывания |
||
исключающую торцевой выход их на рабочую поверхность зубьев но отно |
зубьев) |
|
|
шению к направлению приложения сил. Допускается выход волокон на ра |
|
|
|
бочую поверхность зуба под углом не более 45е |
|
|
|
5. На поверхности заготовок н готовых деталей нс должно быть дефектов |
|
|
|
нарушения сплошности металла металлургического и технологического |
|
|
|
происхождения |
|
|
|
III. Требования к механической обработке согласно ТУ чертежа |
Механическая |
|
|
|
обработка |
|
|
V. Требования к качеству химико-термической обработки |
Химмко-тсрмичс- |
||
1. Глубина цементованного слоя, определенная на отожженном шлифе от |
ская обработка |
|
|
поверхности до структуры переходной зоны с 0,4-0,45% С - (0,20-10,25)»!. |
|
|
|
2.Эффективная толщина слоя (от поверхности до участков с твердостью IlV 750, HV700, HV 600) должна быть соответственно:
- (0,08-0,01 )т; - (0,12-0,15)т; - (0,20-0.22)т
3.Твердость рабочих поверхностей зубьев —HRC, 60-63, ссрдцсоины — Промышленные
HRG, 36—42, поверхности шлицев —HRG,40 не менее, остальной обрабо |
технологии хими |
танной поверхности —HRC.,45 не менее. |
ко-термического уп |
4. Требования к микроструктуре |
рочнения с автома |
4.1. Микроструктура цементованного слоя —мартенситно-аустенитная. |
тическим регулиро |
Дисперсность мартенсита: мелконгольчатый. По шкале ГОСТ8233-56 — |
ванием режимов |
балл 1-4, по шкале ТУ ИНДМАШ* —балл 1-4. |
цементации (ннтро- |
4.2. Содержание остаточного аустенита регламентируется балльной шка |
цементацни) и за |
лой ТУ ИНДМАШ. При рентгеноструктурном анализе — нс более |
калки с точностью |
30—35 об.%; при металлографическом контроле но ТУ ИНДМАШ — |
поддержания угле |
нс более 4 балла. |
родного потенциала |
4.3. Содержание бейнита регламентируется балльной шкалой |
±0,05% С, азотного |
ТУ ИНДМАШ - до 6-8%. |
±0,01% N н регла |
4.4. Карбидная сетка нс допускается. |
ментированными |
4.5. Размер карбидов и карбоннтридов регламентируется балльной шка |
условиями охлаж |
лой ТУ ИНДМАШ не более 0,8-2 мкм на глубине (0,03-0,05)ш от по |
дения |
верхности. |
|
4.6. Допускается наличие троостита до 15 мкм от поверхности. |
|
4.7. Темная составляющая допускается в виде отдельных включений на |
|
глубину до 0,015 мм. |
|
4.8. Величина зерна аустенита в цементованном слое после специального |
|
травления ограничивается N» 10-13 в сердцевине нс грубее № 7-10 по |
|
шкале ГОСТ 5639-82. |
|
4.9. Содержание феррита пмикроструктуресердцевины зубьев регламен |
|
тируется балльной шкалой ТУ ИНДМАШ до 3-5%. |
|
*ТУ ИНДМАШ ноданным [71.Дисперсность мартенсита, содержание остаточного аустенита, бейпита, троостита, карбндон может контролкропаться по НТД потребителя и отраслевым стандартам.
246 Г л а в а 7
7.4 .4. Рекомендации по выбору технологического маршрута изготовления зубчатых колес
Примерный технологический маршрут изготовления зубчатых колес повышенной долговечности для серийного и крупносерийного производства приведен в табл. 7.10.
Для достижения высокого качества и долговечности зубчатых колес особое внимание следует уделить упрочняющей химико-термической обработке. Техпроцесс ХТО должен обеспечить требуемое распределение твердости по слою (эффективную толщину), мелкое аустенитное зерно, микроструктуру слоя высокой дисперсности.
Техническая документация на зубчатые колеса должна удовлетворять следующим техническим условиям.
1. Качество стали.
1.1.Входной контроль качества стали на соответствие требованиям ГОСТ 4543-71 или ТУ производится для каждой плавки.
1.2.Сталь должна быть наследственно мелкозернистой с нормированной величиной
зерна — не грубее № 6 ГОСТ 5639-82.
1.3.Сталь поставляется с учетом п. 2.18 ГОСТа 4543-71 (по требованию потребителя):
о—с нормированной величиной аустенитного зерна, которая не должна быть крупнее
№6 (вместо № 5, оговоренного ГОСТом),
у- с контролем полосчатости и видманштетовой структуры.
1.4.Каждая плавка стали контролируется на чувствительность к перегреву при темпе ратуре горячего пластического деформирования. Величина зерна аустенита — не грубее
№6 ГОСТ 5639-82.
2. Требования к технологии изготовления заготовок.
2.1.В целях определения оптимального режима горячей пластической деформации температура и продолжительность процесса предварительно определяются на опытных образцах для каждой плавки проката.
2.2.Величина действительного аустенитного зерна на термообработанных заготовках должна быть не грубее № 6, ГОСТ 5639-82.
2.3.Твердость заготовок после термической обработки — НВ 285 не более.
2.4.Расположение волокон металла в поковках (штамповках) должно иметь ориента цию, исключающую торцевой выход их на рабочую поверхность зубьев по отношению к направлению приложения сил. Допускается выход волокон на рабочую поверхность зуба под углом не более 45°.
2.5.На поверхности заготовок (поковок, штамповок) и готовых деталей не должно быть дефектов нарушения сплошности металла металлургического и технологического происхождения (трещин, раковин, выкрашивания, шелушения и др.).
3.Цементировать.
3.1.Глубина цементованного слоя, определяемая на отожженном микрошлифе от по верхности до переходной зоны (0,4-0,45 %С)-(0,2-0,25)т, для шлифованных поверхно стей — не менее 0,12т.
3.2. Эффективная толщина слоя (от поверхности до участков с твердостью HV 750, HV 700, HV 600) должна быть соответственно:
-(0,08-0,1)от;
-(0,12—0,15)т;
-(0,20-0,22)т.
Таблица 7.10
Технологический маршрут изготовления зубчатых колес повышенной долговечности, рекомендуемый ИНДМАШ НАНБ*
Технологическиесталии изготовлениязубчатых колес повышенной долговечности (технологический маршрут изготовления шестерен Зг-К-Т-МС-МС,Т-МС-Т-МС)
1 (Зг) |
2 (К) |
3(Т) |
4 (МС) |
Заготовительный цех |
Кузнечный цех |
Термический цех |
Механосбороч |
1. Отбор проб для |
1. Штамповка |
1. Предварительная |
ное производст |
контроля качества |
2. Контроль |
термическая обра |
во |
металла на соответ |
качества |
ботка |
Механическая |
ствие требованиям |
2.1. Величина зер |
Изотермический |
обработка |
ГОСТ 4543-71, |
на аустенита —не |
отжиг (нормализа |
Согласно техно |
рекомендациям |
крупнее К® 6 |
ция и высокий от |
логического |
ИНДМАШ, |
ГОСТ 5639-82 |
пуск) |
процесса заво- |
ТУ чертежа; |
2.2. Расположение |
2. Контроль качест |
да-изготовитсля |
—химический состав, |
волокон металла |
ва деталей |
на зубчатые ко |
—твердость, |
должно иметь ори |
2.1. Величина зерна |
леса повышен |
—механические свой |
ентацию, исклю |
2.2. Структура |
ной долговечно |
ства, |
чающую торцевой |
2.3. Твердость |
сти |
—нрокаливасмость, |
выход их на рабо |
2.4. Расположение |
|
— поверхностные де чую поверхность |
волокон металла |
|
|
фекты, |
зубьев. Допуска |
2.5. Поверхностные |
|
—микроструктура, |
ется выход воло |
дефекты |
|
—величина наследст кон на рабочую |
Согласно техпро |
|
|
венного аустенитного |
поверхность зубь |
цессу ИНДМАШ |
|
зерна, |
ев пол углом не |
|
|
—микроструктура |
более 45° |
|
|
(полосчатость, |
3. Транспортиров |
|
|
видманштст) |
ка согласно тех |
|
|
2. Отрезка прутков |
процессу |
|
|
3. Транспортировка |
завода-изготови- |
|
|
согласно техпроцессу |
тсля |
|
|
завода-изготовитсля |
|
|
|
5 (MC, Т) |
6 (МС) |
7 (T, ХТО |
8(МС) |
|
ИНДМАШ) |
||||
|
|
|
||
Механосбо |
Механосбо |
Термический цех, |
Меха |
|
рочное произ |
рочное произ |
ХТО ИНДМАШ |
носбо |
|
водство (тер |
водство |
1. Цементация |
рочное |
|
мический |
Шлифование |
(высокотемпера |
произ |
|
цех) |
согласно тех |
турная нитроцс- |
водство |
|
Высокий от |
нологическо |
ментацня)и тер |
Сборка |
|
пуск согласно |
му процессу |
мическая обработ |
соглас |
|
технологиче |
на зубчатые |
ка. Согласно тех |
но тех |
|
скому процес |
колеса повы |
нологическому |
нологии |
|
су ИНДМАШ |
шенной долго |
процессу |
завода- |
|
на зубчатые |
вечности |
ИНДМАШ |
изгото |
|
колеса повы |
|
2. Контроль каче |
вителя |
|
шенной дол |
|
ства согласно реко |
|
|
говечности |
|
мендациям |
|
|
|
|
ИНДМ АШ -ТУ |
|
|
|
|
чертежа и карты |
|
|
|
|
технологического |
|
|
|
|
уровня на зубча |
|
|
|
|
тые колеса повы |
|
|
|
|
шенной долговеч |
|
|
|
|
ности |
|
* В арианты основны х технологических операций изготовления зубчатых колес, приняты х о : |
в табл. 7.11 и 7.12. |
колес зубчатых обработка термическая-химико и Термическая
247
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7.11 |
|
|
Варианты основных технологических операций изготовления профилей зубьев зубчатых колес |
|
|||||||
|
|
|
|
Т ехнологическая о перация |
|
|
|
||
Н омер |
И зготовле |
П редварительная |
М еханическая |
Ч истопая м ехани |
Д иф ф у зио н н а я |
Т ерм и ческая об |
У проч н яю щ ая по |
Ф и н и ш н а я (о тде |
|
вари н |
ние |
терм и ческая |
н нтроцем ентацпя, |
работка, зак ал к а + |
в ерхностная обра |
||||
обработка |
ч еская обработка |
л о ч н ая ) обработка |
|||||||
та |
заготовок |
обработка |
ц ем ентация |
н и зки й о тпуск |
ботка |
||||
|
|
|
|||||||
|
I |
II |
III |
IV |
V |
V I |
V II |
V III |
|
1 |
Ковка |
Отжиг |
Токарная, |
Шевингование |
Цементация |
С цементацион |
Дробеструйная |
|
|
на перлитофер |
зубофрезерова- |
|
в шахтных |
ного нагрева и |
|
|
|
ритную струк |
1I1IC |
|
исчах |
нодстужнванис |
|
|
|
туру, изотерми |
|
|
|
до 860-810 “С |
|
|
|
ческий отжиг |
|
|
|
|
|
2 |
Штампов |
Нормализация |
Токарная, |
Шевингование |
Цементация |
После нодсту- |
п п д |
|
ка |
|
зубостроганис |
с образованием |
(нитроцемента |
живапия до |
|
|
|
|
|
бочки |
ция) в камер |
450-600 вС |
|
|
|
|
|
|
ных печах |
и повторного |
|
|
|
|
|
|
|
нагрева |
|
3 |
Прокат |
|
Зубодолблспис |
Холодное ка |
Цементация |
С повторного |
Лезвийная |
|
|
|
|
либрование |
в БМА |
нагрева |
обработка твер |
|
|
|
|
|
|
в штампе |
досплавным и |
|
|
|
|
|
|
|
алмазным инст |
|
|
|
|
|
|
|
рументом |
4 |
Горячая |
|
Токарная, зубо- |
Обработка |
Нитроцемента- |
Закалка ТВЧ |
Накатка пере |
|
накатка |
|
фрсзсрованис |
кромок |
ция в БМА |
|
ходной поверх |
|
|
|
|
|
|
|
ности зубчаты |
|
|
|
|
|
|
|
ми накатниками |
5 |
Отливка |
|
|
|
|
|
|
|
зубчатых |
|
|
|
|
|
|
|
заготовок |
|
|
|
|
|
|
Шлифование
Хонингование
Меднение
Фосфатированис
Холодная
притирка,
приработка
248
7 а в а лГ
|
Термическая и химико-термическая обработказубчатыхколес |
249 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7.12 |
|
|
Характеристики соиротиилсиия усталости зубчатых колес |
|
|||||||||
|
|
|
после изготовления по различным схемам |
|
|
||||||
|
|
|
|
О перации |
|
|
|
°Flim |
®W0lim |
||
М арка стали |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Н/мм2, |
Н/мм2, |
||
|
I |
II |
III |
IV |
V |
V I |
V II |
V III |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и|»|АГН)> 4 '1 0 6 |
n p iiV /ra - |
1,2-Ю 8 |
18ХГТ |
2 |
1 |
1 |
1 |
4 |
1 |
1 |
4 |
630 |
1300 |
|
25ХГТ |
2 |
1 |
1 |
2 |
4 |
1 |
1 |
4 |
616 |
1300 |
|
20ХГНР |
2 |
1 |
1 |
1 |
4 |
1 |
1 |
4 |
604 |
1250 |
|
20ХН2М |
2 |
2 |
1 |
1 |
3 |
2 |
1 |
4 |
604 |
1350 |
|
20ХНЗА |
2 |
2 |
1 |
1 |
3 |
2 |
1 |
_ |
576 |
1250 |
|
15ХГНТА |
2 |
1 |
1 |
2 |
4 |
1 |
1 |
633 |
1300 |
|
|
20Х2Н4А |
1 |
2 |
1 |
1-4 |
3 |
2 |
|
1 |
685 |
1300 |
|
25ХГНМТ |
1 |
1 |
1 |
1-4 |
3 |
1 |
1 |
5 |
730 |
1350 |
|
25ХГНМТ |
2 |
1 |
1 |
1 |
3 |
3 |
1 |
5 |
875 |
1350 |
|
Примечание. В таблице способ изготовления заготовок указан римскими цифрами, а нумерация |
|||||||||||
технологических операций — согласно табл. 7 .1 1 . |
|
|
|
|
|
||||||
3.3. Твердость рабочих поверхностей зубьев |
—HRG, 60-63, |
|
|
||||||||
сердцевины |
|
|
|
|
|
|
- |
HRÇ, 38-42, |
|
|
|
поверхности шлицев |
|
|
|
|
—HRC, 50 не менее, |
|
|
||||
остальной обработанной поверхности |
|
—HRC.45 не менее. |
|
|
|||||||
3.4. Требования к микроструктуре. |
|
|
|
|
|
|
|||||
3.4.1. Микроструктура цементованного слоя — мартенситно-аустенитная. Дисперс |
|||||||||||
ность мартенсита: мелкоигольчатый. По шкале ГОСТ 8233-56 — балл |
1-3, по шкале |
||||||||||
ТУ ИНДМАШ — балл 1-4 (см. также примечание к табл. 7.9). |
|
|
|||||||||
3.4.2.Содержание остаточного аустенита регламентируется балльной шкалой ТУ ИНДМАШ.
При рентгеноструктурном анализе —не более 30-35 об. %; при металлографическом контроле по ТУ ИНДМАШ — не более 4 балла.
3.4.3.Содержание бейнита регламентируется балльной шкалой ТУ ИНДМАШ —
до 6-8%.
•3.4.4. Карбидная сетка не допускается.
3.4.5. Размер карбидов регламентируется балльной шкалой ТУ ИНДМАШ не более
0,8-2 мкм на глубине (0,03-0,05)ш от поверхности.
3.4.6.Размер карбоннтрндов регламентируется балльной шкалой ТУ ИНДМАШ — до 0,5-2 мкм на глубине (0,03-0,05)?л от поверхности.
3.4.7.Допускается наличие троостпта до 15 мкм от поверхности.
3.4.8.Темная составляющая допускается в виде отдельных включений на глубину до
0,015 мкм.
3.4.9. Величина зерна аустенита в цементованном слое после специального травления ограничивается № 10-13 (на отдельных плавках допускается не грубее № 7) в сердцевине не грубее № 7-10 по шкале ГОСТ 5639-82.
3.4.10. Содержание феррита в микроструктуре сердцевины зубьев регламентируется балльной шкалой ТУ ИНДМАШ до 3-5%.
4. Исходными данными для разработки технологии химико-термической обработки являются распределение твердости по толщине слоя, определяющее его эффективную толщину, а также нормативные показатели качества микроструктуры упрочненного слоя.
250 |
Г л а в а 7 |
Разработка режимов ХТО зубчатых колес высокой долговечности должна включать сле дующие этапы.
4.1.Определение концентрационного профиля содержания углерода по слою, обеспе чивающего требуемую эффективную толщину слоя и его структуру.
4.2.Разработка режимов цементации по данным математического моделирования процессов науглероживания и расчета иа ЭВМ величины углеродного потенциала печной атмосферы, обеспечивающего заданное распределение углерода по слою.
4.3.Разработка температурно-временных режимов подстуживания, нагрева под закал ку и условий охлаждения при закалке, обеспечивающих заданную твердость и структуру слоев с регламентированным содержанием углерода.
Определение концентрационного профиля содержания углерода по слою выполняет
ся с учетом геометрических размеров деталей (характеристического размера). Технические требования к технологии ХТО высоконапряженных зубчатых колес в
эндогазовых атмосферах, которые в настоящее время используются в термическом произ водстве автотракторной отрасли [6, 7], следующие.
Насыщающая атмосфера: Эндогаз Водород Н2 - 36-40%
Окись углерода СО - 17-21% Азот Ы2 - 40-44% Двуокись углерода С 02 —<0,5% Вода Н20 - <0,3% Точка росы — 0-+2 °С
Газ карбюризатор - метан CHV
Способы контроля углеродного потенциала:
—оптико-акустические газоанализаторы содержания в атмосфере С 0 2; —твердоэлектролитические датчики контроля содержания в атмосфере кислорода.
Точность регулирования: —температуры ±3 °С
—углеродного потенциала ±0,05% С —длительность выдержки ±3 мин
—температуры закалочного масла ±5 °С.
Нормативные показатели качества и технические условия к технологии изготовления зубчатых колес высокой долговечности должны включаться в техническую и норматив ную документацию на все техпроцессы изготовления и нормироваться техническими ус ловиями чертежа.
7.4.5.Характеристика комплексного подхода
кобеспечению долговечности высоконапряженных зубчатых колес
Сложность проблемы разработки технологического маршрута ответственных шесте рен и технологических регламентов отдельных стадий их изготовления обусловила необ ходимость разработки нового подхода [5,7) к проектированию процессов химико-терми ческой обработки цементуемых зубчатых колес ответственного назначения, обеспечиваю щего как существенное сокращение объема и сроков исследовательско-технологических работ и испытаний, так и высокую стабильность химико-термической обработки и требуе мый уровень качества зубчатых колес повышенной долговечности (табл. 7.13).