close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4580

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4580
(13)
C1
(51)
(12)
7
C 23C 8/22,
C 23C 8/26,
C 21D 1/78
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ШЕСТЕРЕН
ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ МАЛОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
(21) Номер заявки: a 19980239
(22) 1998.03.13
(46) 2002.09.30
(71) Заявители: Боярчук С.Н.; Босяков М.Н.; Жук
Д.В.; Кухарев А.А. (BY)
(72) Авторы: Боярчук С.Н.; Босяков М.Н.; Жук Д.В.;
Кухарев А.А. (BY)
(73) Патентообладатели: Боярчук Семен Николаевич; Босяков Михаил Никифорович; Жук
Дмитрий Владимирович; Кухарев Александр
Анатольевич (BY)
(56)
SU 1767024 A1, 1992, SU 1770445 A1, 1992, SU 1767024 A1, 1992, SU 1788080 A1, 1993, SU 1574649 A1,
1990, SU 694560, 1977, RU 2048547 C1, 1995.
(57)
Изобретение относится к металлургии, в частности к области химико-термической обработки путем ионного азотирования и может быть использовано при обработке крупно модульных шестерен из легированных
малоуглеродистых сталей работающих в условиях высоких контактных и изгибных нагрузок.
Задачей настоящего изобретения является повышение поверхностной твердости и глубины упрочненного
слоя при сохранении твердости основы и геометрических параметров изделий.
Сущность изобретения заключается в том, что термообработка (закалка + отпуск) поковок шестерен стабилизирует размеры и повышает класс чистоты деталей при механической обработке, а проведение ТВЧзакалки шестерен после ионного азотирования повышает поверхностную твердость зубьев до величины, которая недостижима для данного типа стали при только ионном азотировании или ТВЧ-закалке. Поддержание
температуры азотирования на уровне температуры отпуска поковок или ниже ее обеспечивает твердость основа изделия, которая задается температурой отпуска поковок и исключает коробление деталей при азотировании.
BY 4580 C1
Новым в предложенном способе по сравнению с прототипом является то, что, во-первых, закалку и высокий отпуск проводят не шестерен, а их поковок, во-вторых, то, что после ионного азотирования проводится дополнительная ТВЧ-закалка зубьев шестерен и, в-третьих, температура ионного азотирования равна или
ниже температуры отпуска поковок шестерен.
Изобретение относится к металлургии, в частности к области химико-термической обработки путем ионного азотирования, и может быть использовано при обработке крупно-модульных шестерен из легированных
малоуглеродистых сталей (18ХГТ, 20ХН3А, 20ХНР, 20ХГНМ, 25ХГТ и др.), работающих в условиях высоких контактных и изгибных нагрузок.
Известны способы упрочняющей химико-термической обработки шестерен, изготовленных из легированных малоуглеродистых сталей, приводящие к повышению поверхностной твердости, такие, как, например,
науглероживание (цементация) или азотонауглероживание (нитроцементация) на глубину δ ≥ 1 мм с последующей закалкой и отпуском (Лахтин Ю.М. и др. Теория и технология азотирования. - М.: Металлургия,
1991. - С. 320).
После такой обработки поверхностная твердость и твердость по глубине слоя имеет величину НRСэ 56-62
ед., упрочненный слой обладает высокими прочностными характеристиками и хорошо работает в условиях
высоких контактных нагрузок. Существенным недостатком указанных процессов является неизбежное изменение формы и размеров деталей при обработке, т.е. их коробление.
Известен также способ упрочнения шестерен из легированных среднеуглеродистых сталей (40Х, 40ХН,
35ХГСА и др.) путем контурной закалки токами высокой частоты (ТВЧ) зубьев на глубину δ ≥ 1,5мм (Гурченко П.С. и др. Закалка шестерен при индукционном нагреве: Сб. Материалы, технологии, инструмент,
1996. - № 2. - С. 128-129).
Однако при этом способе обработки наблюдается недостаточная статическая прочность тяжелонагруженных шестерен из-за резкого перепада твердости закаленного поверхностного слоя и основы зуба шестерни, а также невысокие износостойкость и контактная прочность, что присуще доэвтектоидным сталям,
содержащим 0,4-0,5 %С (40Х, 40ХН и др.). При обработке таким способом шестерен из малоуглеродистых
легированных сталей поверхностная твердость достигается на уровне лишь 500-600HV.
Известно сочетание поверхностной ТВЧ-закалки и химико-термической обработки (азотирования) деталей из
малоуглеродистых наследственно-мелкозернистых сталей типа 10Х3Г2МЮФТ (А.с. 1770445, МПК С23С
8/26, С21D 1/78, 1992), когда вначале проводится поверхностная закалка токами высокой частоты, затем
объемная закалка, высокий отпуск, механическая обработка и азотирование на глубину не более глубины поверхностного закаленного слоя. Недостатком данного способа азотирования является то, что при обработке
шестерен из малоуглеродистых низколегированных сталей типа ХН3А, ХНР, ХГНМ получаемая при ТВЧзакалке мелкозернистая структура стали при последующей объемной термообработке не сохраняется и не
фиксируется, что приводит к снижению твердости.
Наиболее близким по техническому осуществлению к предлагаемому способу является способ обработки
изделий из легированных среднеуглеродистых конструкционных сталей (например, 40ХН) (А.с. 1767024,
МПК С23С 8/22, 1992), включающий закалку, отпуск и ионное азотирование. В данном способе отпуск деталей проводят при температуре 180-450 °С, а азотирование - при 300-550 °С, причем температура азотирования
превышает температуру отпуска не менее чем на 20 °С. При обработке по данному способу возможно получение глубины азотированного слоя на уровне 0,5 мм при поверхностной твердости 550-660 HV и твердости
основы в пределах 30 HRCэ.
К недостаткам данного способа следует отнести то, что, во-первых, отсутствует возможность получения
больших глубин (δ > 1 мм) упрочненного слоя, что особенно важно для тяжелонагруженных шестерен, а поверхностная твердость после азотирования является относительно низкой и, во-вторых, то, что данный способ обработки является финишным, т.е. обрабатываются изделия, уже прошедшие механическую обработку.
Применение его для обработки шестерен из легированных малоуглеродистых сталей типа 20ХН3А, 20ХН8,
18ХГТ, 25ХГТ и др. нецелесообразно вследствие того, что после проведения предварительной термообработки (закалка + отпуск в пределах 180-450 °С) механическая обработка деталей затруднительна, т.к. при
твердости 54-40 ед. HRCэ требуется применение специального инструмента, поскольку зубонарезное оборудование в условиях серийного производства позволяет эффективно обрабатывать детали с максимальной
твердостью до 30 HRCэ. Кроме того, поскольку температура азотирования выше температуры отпуска, то
возможно коробление деталей при азотировании.
Задачей настоящего изобретения является повышение поверхностной твердости и глубины упрочненного
слоя при сохранении твердости основы и геометрических параметров изделий.
Для этого при обработке шестерен из низколегированных малоуглеродистых сталей, включающей закалку, отпуск и ионное азотирование, закалку и отпуск проводят не шестерен, а их поковок (т.е. заготовок шестерен, полученных методом ковки или горячей штамповки), а после ионного азотирования дополнительно
проводят закалку зубьев шестерен токами высокой частоты на глубину в зависимости от модуля зуба
BY 4580 C1
(δ = 0,3-2,4 мм) и низкий отпуск, причем температура ионного азотирования шестерен равна или ниже температуры отпуска поковок.
Новым в предложенном способе по сравнению с прототипом является то, что, во-первых, закалку и высокий отпуск проводят не шестерен, а их поковок, во-вторых, то, что после ионного азотирования проводится дополнительная ТВЧ-закалка зубьев шестерен и, в-третьих, температура ионного азотирования равна или
ниже температуры отпуска поковок шестерен.
Сущность данного изобретения заключается в том, что термообработка (закалка + отпуск) поковок шестерен стабилизирует размеры и повышает класс чистоты деталей при механической обработке, а проведение
ТВЧ-закалки шестерен после ионного азотирования повышает поверхностную твердость зубьев шестерен до
величины, которая недостижима для данного типа стали при только ионном азотировании или ТВЧ-закалке.
Поддержание температуры азотирования на уровне температуры отпуска поковок или ниже ее обеспечивает
твердость основы изделия, которая задается температурой отпуска поковок и исключает коробление деталей
при азотировании.
Таким образом, предложенный способ обработки стальных изделий обеспечивает повышение поверхностной твердости деталей, увеличение глубины азотированного слоя и сохранение геометрических размеров
изделий и твердости основы, заданной отпуском.
Упрочнение деталей из легированных малоуглеродистых сталей по данной технологии обеспечивает
твердость на поверхности ≥ 59 HRCэ, а за счет наличия азотированного слоя наблюдается плавный переход
от твердости 59 HRCэ на поверхности до твердости слоя 48-38 HRCэ, полученного в результате ТВЧ-закалки;
при этом отсутствует резко выраженная разница по твердости слоя, закаленного ТВЧ, и твердости основы
зуба шестерни. Твердость основы составляет при этом 27-28 HRC.
Поверхностно-азотированный слой обладает высокой твердостью и износостойкостью, которая в 1,5-4
раза выше износостойкости закаленных высокоуглеродистых и цементованных сталей, а контактная усталостная прочность азотированных сталей выше, чем у сталей, прошедших только поверхностную закалку при
индукционном нагреве либо только азотирование.
Применение данного метода упрочнения шестерен обеспечивает минимальное коробление деталей по
следующим причинам:
1. Процесс азотирования проводится при температурах, не превышающих температуру высокого отпуска
при улучшении заготовок;
2. Контурная закалка ТВЧ зуба шестерен из-за кратковременного нагрева и малого объема нагреваемого
изделия вызывает минимальное изменение формы и размера деталей.
Последовательное применение азотирования и индукционного нагрева ТВЧ зуба шестерен обеспечивает
на деталях из легированных малоуглеродистых марок сталей большую глубину упрочненного слоя и плавный переход по твердости от поверхности до сердцевины деталей (фиг. 1), обладает всеми преимуществами
применяемых ныне методов упрочнения химико-термической обработкой и исключает недостатки ХТО и
обработки ТВЧ.
Примеры реализации:
По предлагаемой технологии обрабатывали крупномодульные шестерни, изготовленные из стали 40ХН
(m = 4,5) и легированных малоуглеродистых сталей (m = 7) типа 18ХГТ, 20ХН3А, 20ХНР, 20ХГНМ, 25ХТТ
и др., которые испытывают в процессе эксплуатации контактные нагрузки.
Проводили улучшение поковок шестерен - объемную закалку и отпуск - для достижения твердости НВ
241-285.
Режимы обработки при улучшении: агрегат СТЗА 5.40.5/7, температура закалки Т = 880-920 °С, охлаждающая среда - 3 % раствор NaOH или масло, температура отпуска Т = 500-580 °С. Далее проводилась окончательная механическая обработка деталей в соответствии с требованиями технической документации.
После этого шестерни подвергались ионному азотированию в установке ИОН-100 или ИОН-100И в среде
аммиака при температуре 500-560 °С в течение времени, необходимого для получения глубины азотированного слоя δ ≥ 0,2 мм.
После ионного азотирования шестерни подвергались контурной закалке ТВЧ профиля зуба на глубину в
зависимости от модуля зуба (δ = 0,3-2,4 мм).
Режим обработки: Установка ТВЧ (преобразователь частоты ВЧГ - 3-160/0,066), скорость перемещения
зоны индукционного нагрева полосы зуба - до 25 мм/с по профилю зубчатой поверхности под слоем проточной воды. Зазор между индуктирующим витком индуктора и обрабатываемой поверхностью составляет при
этом 0,4-0,6 мм.
Низкий отпуск проводился при температуре Т = 160-180 °С в печи СШЗ 10.10/7, выдержка составляла 2
ч.
Измерения поверхностей твердости проводили на приборе Виккерс (ГОСТ 13408-67) по ГОСТ 2999-75
при нагрузке 5 кг.
Твердость сердцевины определяли вдавливанием алмазного наконечника на приборе типа ТР при нагрузке 150 кг по ГОСТ 9013-59.
BY 4580 C1
Глубина упрочненного слоя определялась по ОСТ 5.9287-78 на микрошлифе обработанного образца.
Результаты испытаний по определению поверхностной твердости, глубины слоя и твердости основы после указанных обработок приведены в таблице.
Свойства сталей после упрочнения по предлагаемому и известному способам
Режим
Пример
Сорт
стали
предлагаемый
1
2
3
известный
4
Способ
Свойства
Тотп, °С
Таз, °С
40ХН
18ХГТ
20ХН3А
580
560
530
536
530
525
40ХН
180
550
глубина азоти- общая глубиповерхност- твердость
сердцевины, рованного слоя, на упрочненная тверного слоя, мм
мм
HRC
дость, HV
780
30
0,55
2,5
726
28
0,4
2,0
880
27
0,5
1,8
660
30
0,5
0,5
Способ обработки шестерен из легированных малоуглеродистых сталей, включающий закалку, отпуск и
ионное азотирование, отличающийся тем, что закалку и отпуск проводят поковок шестерен, дополнительно
проводят закалку зубьев шестерен токами высокой частоты на глубину 0,3-2,4 мм и последующий низкий
отпуск, причем температура азотирования шестерен равна или ниже температуры отпуска поковок.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
138 Кб
Теги
by4580, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа