Технологія термічної обробки шестерень

Основними геометричними параметрами шестерень, які враховують при виборі термічної обробки, є модуль (відношення діаметра ділильної окружності до числа зубів), зовнішній і внутрішній діаметри шестерні, висота і довжина зуба.







Умови роботи шестерень визначають їх швидкохідністю, рівнем контактних і згинальних навантажень.

В процесі експлуатації зуби шестерень піддаються:

а) вигину при максимальному одноразовому навантаженні (при різкому гальмуванні, заклинювання, при додатку максимального крутного моменту);

б) вигину при багаторазових циклічних навантаженнях, внаслідок чого в корені зуба розвиваються найбільші напруги і може відбуватися утомлююча руйнування. Напруження згину можуть бути досить великими. так в деяких шестернях коробки передач автомобілів ЗІЛ вони перевищують 600 МПа;

в) контактним напруженням на бічних робочих поверхнях зубів, що призводить до утворення контактно-втомного викришування (питтинга). Рівень контактних напружень визначає при проектуванні вибір розміру шестерень.

г) зносу бічних поверхонь (через потрапляння абразивних частинок, бруду, пилу в зону контакту) або торцевих поверхонь зубів (при перемиканні передач в коробках передач). При відносному ковзанні в умовах недостатнього змащення або без змащення на робочих поверхнях зубів може відбуватися "зчеплення" і утворення грубих задирок, що призводять до дуже швидкого зношування шестерень.

1. Шестерні, зміцнюється об'ємної загартуванням з відпусткою

Шестерні, що працюють при низьких швидкостях і малих питомих тисках (змінні шестерні), виготовляють зі сталі марок 45, 50, 40Х, 45Г2, 50Г2 і піддають поліпшенню з отриманням твердості НВ 220-280.

Для шестерень, що працюють при великих швидкостях і зусиллях, але у відсутності динамічних навантажень, використовуються стали марок 40ХН, 35ХМА, 38ХГН і ін. В результаті гарту і відпустки рівень твердості зазвичай становить НRC 43-52. Параметри режимів об'ємної термообробки вибираються в залежності від марки стали. Об'ємна гарт здійснюється на універсальному термічному обладнанні (камерні, шахтні печі), що є важливою перевагою в умовах дрібносерійного виробництва.

2. Шестерні з низьковуглецевих легованих сталей, зміцнюється хіміко термічною обробкою

Методами хіміко-термічної обробки зміцнюється переважна кількість важко навантажених шестерень з модулем 3-10 мм, які використовуються в коробках передач і трансмісії автомобілів, тракторів. Така термообробка дозволяє отримувати високі межі витривалості при вигині (до 1000 МПа) і контактних навантаженнях (до 2300 МПа), а також високу зносостійкість при використанні недорогих малолегованих сталей. Як ХТО для обробки шестерень використовують цементацію, нітроцементації і низькотемпературні методи азотування.

Вимоги до зміцнення шестерень цементацией і нитроцементацией:

а) ефективна товщина зміцненого (цементованного або нітроцементованного) шару еф в залежності від модуля m повинна відповідати наступним значенням:

Вимоги до сталей для шестерень, зміцнюючих цементацією і нитроцементацией:

а) досить висока прокаліваемость і закаливаемость, твердість поверхневого шару і серцевини зубів при загартуванню в маслі;

б) технологічність для насичення, що визначається малою схильністю до надмірного перенасичення поверхні вуглецем і азотом і внутрішньому окислення;







в) добре обробляється різанням;

г) технологічність для термообробки після насичення.

Залежно від призначення і розміру шестерень для їх виготовлення найбільш часто використовують стали:

1. Стали марок 15Х, 20Х, 18ХГ, 15ХФ, 20ХФ в зв'язку з їх малою прокаливаемостью застосовуються для дрібних помірно навантажених шестерень, що працюють на знос (шестерні силових агрегатів автомобіля).

3. Стали 14ХГН, 19ХГН, 20ХГНМ, 20ХН2М застосовують для шестерень коробок передач і головних передач заднього моста легкових автомобілів. Для них характерні: висока міцність, задовільна різанням. Стали з молібденом менш чутливі до зростання зерна і відпускної крихкості.

4. Високолеговані хромонікелеві сталі марок 12ХН3А, 20ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 18Х2Н4МА застосовують для найбільш високонавантажених шестерень відповідального призначення (масивних), до яких пред'являються вимоги високої міцності і поверхневої твердості в поєднанні з високою в'язкістю серцевини.

Розроблено діаграми ізотвердості і мікроструктурні діаграми прокаливаемости цементованного і нітроцементованного шару. Ефективне використанням діаграм прокаливаемости можливо при виконанні цементації і нітроцементації в газових середовищах з автоматичним регулюванням потенціалу насичення стали вуглецем (при цементації) або вуглецем і азотом (при нітроцементації). Приклад діаграми прокаливаемости для стали 25ХГТ показаний на малюнку 2.7.

Технологія термічної обробки шестерень

Малюнок 2.7- Діаграма прокаливаемости цементованного (а) і нітроцементованного (б) шару стали 25ХГТ.

Використання діаграм прокаливаемости можливо при виконанні цементації і нітроцементації в газових середовищах з автоматичним регулюванням потенціалу насичення стали вуглецем (при цементації) або вуглецем і азотом (при нітроцементації).

Технологія цементації і нітроцементації шестерень

Цементацію зазвичай застосовують для важко навантажених шестерень, в яких ефективна товщина зміцненого шару повинна бути понад 1 мм.

Для шестерень з малим і середнім модулем з ефективною товщиною шару до 1 мм застосовують нітроцементації. Переваги нітроцементації в порівнянні з газовою цементацією: більш низька температура насичення (830-860 0 С замість 900-930 0 С при цементації), при практично тій же тривалості процесу, підвищення зносостійкості, теплостійкості і корозійної стійкості. Отримання рівнозначною міцності при менших товщинах шару, зниження критичної швидкості охолодження при загартуванню (через спільного насичення стали вуглецем і азотом), менша деформація шестерень (нижче температура, можливість безпосередньої гарту, менше необхідна інтенсивність охолодження).

Залежно від марки стали, необхідності проміжної механічної обробки і наявного термічного обладнання, для шестерень масового виробництва використовують різні схеми термічної обробки після насичення:

а) Для шестерень з сталей марок 19ХГН, 20ХГТ, 25ХНТЦ, 20ХГНТР, що піддаються нітроцементації, застосовують безпосередньо загартування з охолодженням в холодному (30-75 0 С) або гарячому (160-190 0 С) олії.

б) Для цементованних шестерень з спадково дрібнозернистих сталей марок 18ХГТ, 25ХГТ, 20ХНМ, 25ХНТЦ, 25ХГНМАЮ застосовують безпосередньо загартування з подстуживания деталей від температури цементації до 830-860 0 С. Охолодження при загартуванню проводять в холодному або гарячому маслі.

При необхідності проміжної (після цементації) механічної обробки, деталі після цементації уповільнено охолоджують у спеціальній камері агрегату до 250-300 0 С. Остаточну загартування виконують при нагріванні в печах або агрегатах із захисною атмосферою або при індукційному нагріванні.

в) Для шестерень з високолегованих хромонікелевих сталей безпосередню загартування не застосовують за збереження при цьому в структурі великої кількості залишкового аустеніту і зниження твердості до HRC 45-55.

Такі шестерні після цементації охолоджують в печі до 300-450 0 С (або до кімнатної), потім виконують високий відпустку при 600-650 0 С з наступним повільним охолодженням. Для гарту шестерні повторно нагрівають до 790-820 0 С в захисній атмосфері і охолоджують в маслі.

Можна застосовувати скорочений цикл термообробки (без високого відпустки):

1 варіант: повільне охолодження після цементації, потім гарт місцях із низькою температурою нагріву (770-790 0 С) з охолодженням в гарячому середовищі (140-150 0 С) протягом 3 год;

2 варіант: подстуживания в печі від температури цементації до 900 0 С з наступним охолодженням на повітрі або подстуживания до 820 0 С з наступним охолодженням в маслі. Потім застосовують загартування з повторним нагріванням до 790-820 0 С.

Заключною операцією термообробки шестерень у всіх випадках є низькотемпературний відпустку при 160-200 0 С.







Схожі статті