Поверхностная закалка ТВЧ

ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

ВИДЫ ТЕРМИЧЕСКОГО И ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ

МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

Основными материалами для изготовления колес являются – стали.

По степени твердости (или технологии термообработки) зубчатые колеса подразделяются на 2 группы:

1. Колеса с твердостью ≤ НВ 350; В этом случае обработка колес, в том числе и чистовая, осуществляется после термообработки;

ТО – нормализация, улучшение; → твердость по Бринеллю

Стали: Сталь 40, 50; 45Г; 40ХН;

Достоинство колес 1-й группы:

- получение высокой точности без применения дорогостоящих отделочных операций (шлифовки, притирки и др.);

- колеса хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению при динамических воздействиях; для обеспечения приработки рекомендуется твердость шестерни брать больше (min на 20…30 НВ) по сравнению с колесом;

Применение: в условиях индивидуального и мелкосерийного производства, в мало- и средненагруженных передачах, а также в передачах с колесами больших размеров, термообработка которых затруднена;

2. Колеса с твердостью ≥ НВ 350; Обработка осуществляется в 2 этапа:

1. - нормализация → черновая обработка зубьев (нарезание);

2. - поверхностное упрочнение (размеры зубьев – меняются); чистовая обработка зубьев;

Достоинства:

- уменьшение размеров колес и габаритов передачи в целом;

- позволяет увеличить допускаемые напряжения до двух раз, при этом нагрузочная способность передачи увеличивается до 4-х раз;

- возрастает износостойкость и стойкость против заедания;

Объемная закалка + низкий отпуск (прокаливается и сердцевина детали)

Твердость 40…55 HRC;

Стали: Сталь 40, Сталь 45; Сталь 40ХН;

Недостатки метода:

- значительное коробление зубьев и необходимость отделочных операций;

- снижение изгибной прочности (с возможностью хрупкого разрушения при ударных нагрузках);

- ограничение по размерам колес, связанное со скоростью охлаждения При малой скорости охлаждения происходит мягкая закалка с пониженной твердостью;

Твердость 48…54 HRC;

Стали: Сталь 40Х, 45; 40ХН;

Метод хорошо себя зарекомендовал для относительно крупных зубьев (m ≥ 5)/ При мелких модулях возникает опасность сквозного прокаливания, с охрупчиванием и короблением зуба. При относительно тонком закаливании зуб искажается мало. Достигаемая точность – не выше 8-й. Требует специального оборудования (кондуктора – соленоида) и строгого соблюдения режимов обработки. При увеличении размеров колес стоимость ТВЧ – значительно возрастает.

Цементация (насыщение поверхностного слоя углеродом с применением различных технологий, с последующей закалкой) – процесс весьма длительный и дорогостоящий.

Твердость 58…63 HRC;

Стали: Сталь 15, 15Х, 18ХГ, 20; 20Х; 12ХН3А и др.

Применение легированных сталей повышает прокаливаемость, а также обеспечивает повышенную прочность сердцевины, что предохраняет продавливание хрупкого поверхностного слоя в условиях перегрузок.

Обеспечивает хорошее сочетание высокой контактной и изгибной прочности.

Высокая твердость позволяет снижать габариты и массу колес.

Требует применения отделочных операций, т.к. при закалке после цементации имеет место искажение формы зуба.

Глубина цементированного слоя: составляет 0,1…0,15 от толщины зуба, не более 1,5…2,00 мм (h_цем≤ 1,5…2,00 мм);

Газовая цементация – основной процесс в массовом производстве; цементация в твердом карбюризаторе используется в мелкосерийном производстве.

Закалка после цементации кроме упрочнения поверхностного слоя исправляет структуру перегрева, возникающую из-за многочасовой выдержки стали, при температуре цементации.

Остаточные напряжения после процесса цементации, достигающие 400…500МПа, повышают предел выносливости детали.

Цианирование и нитроцементация (процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом и азотом в расплавленной цианистой соли – цианирование; в газовой среде - нитроцементация).

Твердость 59…61 HRC;

Стали: 25ХГМ, 25ХГТ и др.

Толщина слоя при нитроцементации h_{нитроцем} ≈ 0,3…0,8мм;

По сравнению с газовой цементацией нитроцементация имеет следующие достоинства:

- ниже температура процесса (меньше рост зерна);

- выше износостойкость;

- малое коробление (не требует отделочных операций);

- отсутствуют ядовитые среды;

- процесс более дешевый;

При этом толщина упрочняемого слоя – меньше, необходим строгий контроль среды;

Азотирование (процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом);

Твердость 60…65 HRC (до HV 12000 МПа);

Стали: молибденовые стали 38ХМЮА, 38ХВФЮА, 38ХЮА и др. В легированных среднеуглеродистых сталях азот образует с алюминием, хромом, ванадием и др. дисперсные легированные нитриды, обеспечивающие высокую твердость упрочненного слоя.

Малая толщина слоя h_азот ≈ 0,1…0,6мм обуславливает высокую чувствительность зубьев к перегрузкам и динамическому воздействию (с хрупким отслоением слоя) и непригодными для работы в условиях абразивного изнашивания.

Время операции азотирования: от 24 до 60 часов;

Обладает малой степенью коробления, поэтому этот метод целесообразно применять в тех случаях, шлифование затруднено (например, для колес с внутренними зубьями).

Для работы в отсутствии абразивного изнашивания применяется мягкое азотирование на глубину h_азот ≈ 10…15 мкм (0,010…0,015 мм).

Оно технологически проще, обеспечивает минимальное коробление, позволяет получать зубья 7-й степени точности без отделочных операций.

Применяются улучшенные хромистые стали: 40Х, 40ХФ, 40Х2НМФ

Дата добавления: 2014-01-06