4. Упрочняющая обработка для типовых деталей машин

Шестерни, зубчатые колеса. Шестерни и зубчатые колеса наиболее часто выходят из строя из-за контактного усталостного разрушения, торцового износа, заедания зубьев и их поломки при кратковременных перегрузках. Поэтому материал для них должен обеспечивать высокую поверхностную износостойкость, достаточную статистическую усталостную прочность при изгибе и контактном нагружении и подбираться, исходя из габаритов и конструкции шестерни, а также условий эксплуатации.

Указанным требованиям наиболее соответствуют цементуемые (нитроцементуемые) легированные стали, у которых после термообработки структура:

– поверхностного слоя – мартенсит отпуска;

– сердцевины – феррито-цементитные смеси различной дисперсности, бейнит или низкоуглеродистый отпущенный мартенсит.

Выбор марки стали и метода ее упрочнения для шестерен производят в зависимости от степени их нагруженности:

– мало- и средненагруженные зубчатые колеса – коробки передач, редукторов, задних мостов изготовляют:

1) из безникелевых сталей – 20Х, 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ, 20ХГР;

2) из малоникелевых – 20ХГНМ, 19ХГН, 20ХНМ, 20ХНР, 20ХГНР сталей;

– тяжелонагруженные, например, большегрузных автомобилей - из более легированных сталей – 12ХН3А, 20ХНЗА, 15ХГН2ТА, 15Х2ГНТРА, 20ХГН2ТА, 25Х2ГНТА.

Упрочняющая обработка шестерен включает:

– цементацию (нитроцементецию) при 900–930°С;

– закалку от 800–850°С в масле;

– низкий отпуск при 170–200°С.

Толщина упрочненного слоя обычно принимается равной 0,15 толщины зуба по начальной окружности (0,18–0,27m, m – модуль колеса, но не более 1,8 мм).

Твердость поверхности HRC 59–63 – для обеспечения высокой контактной выносливости и износостойкости без хрупкого разрушения.

Твердость сердцевины зубьев обычно HRC 30–42, c ее повышением возрастает предел прочности и выносливости при изгибе и контактная выносливость зубчатых колес.

Твердость сердцевины:

– более HRC 42–45 увеличивает опасность хрупкого разрушения;

– пониженная – способствует развитию пластической деформации в теле зуба и, следовательно, разрушению упрочненного слоя.

Мало- и средненагруженные шестерни можно изготовлять:

– в единичном и мелкосерийном производстве из улучшаемых сталей 40, 45, 50Г, 40Х, 30ХГС, 50Х, 50ХН с закалкой ТВЧ по контуру зубчатого венца;

– шестерни больших диаметров – изготовлять литыми из сталей 35Л–50Л, 40ХЛ, 30ХГСА с нормализацией и высоким отпуском (для легированных сталей).

5. Порядок выполнения работы

1. Определите и обосновать способ упрочняющей обработки и его режимы.

2. Укажите структуру и твердость стали после каждой операции термической (химико-термической) обработки, а также механические свойства в готовом изделии.

3. Сравните полученные свойства выбранной стали с заданными техническими условиями.

4. Составьте отчет в соответствии с указанными пунктами.

6. Контрольные вопросы

1. Выбор оптимального состава материала и режимов упрочняющей обработки в соответствие с требованиями к типовым деталям машин.

2. Назовите способы упрочняющей обработки легированных сталей и их режимы.

3. Почему важен правильный выбор материала и упрочняющей обработки деталей машин?

4. Цементация сталей.

5. Режимы термической обработки цементированных деталей.

6. Mикpocтpyктypa цeмeнтиpoвaннoro слоя пocлe медленного oxлаждения c тeмпepaтypы цeмeнтации.

7. Шестерни и зубчатые колеса с применением цементации, закалки и низкого отпуска.