Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ВТОРИЧНОТВЕРДЕЮЩИХ СТАЛЕЙ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА - Патент РФ 2048547
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ВТОРИЧНОТВЕРДЕЮЩИХ СТАЛЕЙ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ВТОРИЧНОТВЕРДЕЮЩИХ СТАЛЕЙ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ВТОРИЧНОТВЕРДЕЮЩИХ СТАЛЕЙ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Сущность изобретения: зубчатые колеса из низкоуглеродистых вторичнотвердеющих сталей мартенситного класса подвергают 2- или 3- кратной циклической объемной закалке с температуры 900 975°С и выдержкой 1 3 ч с предварительным перед каждой закалкой отпуском при 600 675°С в течение 1 5 ч, отпуску, механической обработке и азотированию на заданную глубину, которое проводят в две ступени: первую при температуре 500 540°С в течение 10 20 ч, вторую при температуре 540 570°С в течение 20 40 ч. 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2048547
Класс(ы) патента: C21D9/32, C23C8/26
Номер заявки: 93033884/02
Дата подачи заявки: 30.06.1993
Дата публикации: 20.11.1995
Заявитель(и): Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов МГТУ им.Н.Э.Баумана
Автор(ы): Герасимов С.А.; Кучерявый В.И.; Елисеев Э.А.; Карпухин С.Д.; Некрасов В.К.; Прянишников В.А.; Алпатов А.Г.; Аваков Ю.М.
Патентообладатель(и): Научно-исследовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов МГТУ им.Н.Э.Баумана
Описание изобретения: Изобретение относится к металлургии, а именно к термической и химико-термической обработке зубчатых колес, и направлено на решение проблемы создания технологии обработки азотируемых высоконагруженных нешлифуемых зубчатых колес, позволяющей обеспечить их работоспособность, соизмеримую с цементуемыми (нитроцементуемыми) зубчатыми колесами.
Цементацией (нитроцементацией) достигается высокие значения характеристик контактной выносливости и выносливости при изгибе. Однако использование этих видов химико-термической обработки с последующей термической обработкой вследствие многократных высокотемпературных нагревов и охлаждений вызывает сильную деформацию зубчатых колес, снижает точность на 2.3 степени. Для устранения образующихся геометрических погрешностей при зубошлифовании приходится удалять большой припуск (0,15.0,25 мм с каждой стороны зуба). Необходимость предупреждения прижогов ограничивает производительность зубошлифования, повышая его трудоемкость, которая может доходить до 40% от всей трудоемкости изготовления зубчатых колес.
Азотирование как способ поверхностного упрочнения зубчатых колес достаточно широко применяется в производстве. Однако о возможности использования азотирования для высоконагруженных зубчатых колес с целью достижения стойкости, соизмеримой со стойкостью цементуемых, данных нет. Уровни допускаемых напряжений, зафиксированные в нормативных документах и стандартах различных стран, в том числе и России (ГОСТ 21354-87), для азотированных колес значительно меньше, чем для цементованных.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ азотирования деталей, заключающийся в объемной закалке, поверхностной закалке токами высокой частоты (ТВЧ), высоком отпуске, механической обработке и азотировании на глубину не более глубины поверхностного закаленного слоя.
Повышение контактной долговечности при использовании названного способа достигается получением в поверхностном слое детали мелкого зерна аустенита N 11.12 вследствие введения в цикл термической обработки закалки ТВЧ. Получение столько мелкого зерна предотвращает образование грубой нитридной сетки при азотировании и соответственно повышает сопротивление зарождению и развитию усталостных трещин.
Однако особенности структурного и соответственно напряженного состояния, возникающие в переходной зоне между поверхностно закаленным слоем и сердцевиной, в ряде легированных сталей с пределом текучести σ0,2 ≥ 800 МПа вызывают снижение усталостной прочности при изгибе. Это ограничивает применение данного способа.
Предлагаемая техническая обработки азотируемых высоконагруженных высокоточных нешлифуемых зубчатых колес, позволяющая обеспечить их работоспособность, соизмеримую с цементуемыми зубчатыми колесами, базируется на одновременном выполнении комплекса требований: по выбору сталей; по термической обработке; по технологии азотирования.
Предлагаемый способ азотирования позволяет обрабатывать высоконагруженные высокоточные зубчатые колеса из низкоуглеродистых вторичнотвердеющих сталей мартенситного класса и реализуется проведением двух- или трехкратной циклической объемной закалки от температуры 900.975оС при длительности выдержки 1.3 ч с предварительным перед каждой закалкой отпуском при 600.675оС в течение 1.5 ч и двухступенчатым азотированием: на первой ступени при температуре 500.540оС в течение 20.10 ч, на второй ступени при температуре 540. 570оС в течение 40.20 ч.
Азотирование проводится для зубчатых колес, изготовленных из низкоуглеродистых вторичнотвердеющих сталей мартенситного класса:
с пределом текучести σ0,2 после термической обработки не ниже 1000 МПа, твердостью не ниже 38,5 НRCэ и ударной вязкостью КСU не ниже 0,7 МДж/м2. Более высокие значения твердости сердцевины азотированных зубчатых колес улучшают их работоспособность, но при твердости выше 42.43 НRCэ становится затруднительным зубофрезерование;
с теплостойкостью не ниже 560.580оС. При такой теплостойкости возможно ведение процесса азотирования при температурах, обеспечивающих упрочнение слоя преимущественно некогерентными выделениями, что уменьшает микроискажения кристаллической решетки α-фазы, а поэтому повышает контактную выносливость. Выполнение требований по теплостойкости также связано с необходимостью сохранения названных значений предела текучести и твердости при длительности процесса азотирования до 70.75 ч;
не склонных к отпускной хрупкости 2-го рода (обратимой отпускной хрупкости);
с малой склонностью к структурной наследственности, что делает возможным получение зерна аустенита N 9.10 посредством объемной термической обработки;
не склонных к образованию в процессе азотирования карбидной сетки по границам зерен аустенита как в сердцевине, так и в азотированном слое. Для этого сталь должна содержать не менее 2.3% никеля;
с содержанием нитридообразующихся элементов не выше 3.4% для получения толщины азотированного слоя не менее 0,6 мм и плавного изменения твердости от поверхности к сердцевине.
Проведением двух- или трехцикловой объемной термической обработки с указанными температурно-временными параметрами процессов предварительного отпуска и закалки в каждом цикле (при 600.675оС в течение 1.5 ч + закалка от 900.975оС с выдержкой 1.3 ч) обеспечивается получение мелкого зерна аустенита N 9.10 даже при изготовлении крупных колес. В совокупности с циклической обработкой и окончательным отпуском при 560.600оС достигается требуемый уровень механических свойств и теплостойкости.
При удовлетворении требований по составу сталей и свойствам сердцевины после проведения двухступенчатого азотирования обеспечивается толщина азотированного слоя не менее 0,60 мм;
твердость поверхности не ниже 800 НV5 при упрочнении преимущественно некогерентными выделениями, плавное изменение твердости по глубине азотированного слоя;
эффективная толщина упрочненного слоя более 0,30 мм при твердости не ниже 500 НV5; толщина слоя ε -фазы не более 5 мкм; отсутствие сплошной сетки γ -фазы и сплошной сетки нитридов легирующих элементов.
Предлагаемый способ упрочнения отработан в лабораторных условиях и опробован на зубчатых колесах скоростных редукторов из стали 16Х2Н3МФБАЮ-Ш.
Эта сталь, разработанная на основе требований, предъявляемых к теплостойким цементуемым сталям, одновременно удовлетворяет требованиям, предъявляемым к азотируемым сталям для тяжелонагруженных зубчатых колес и изложенных выше.
После закалки от 900оС в масле и отпуска при 600оС в течение 2 ч сталь имеет следующие механические свойства: σВ=1270 МПа, σ0,2 ≥=1100 МПа δ15,6% ϑ=63% КСU=0,89 МДж/м2; НRCэ=39.
Твердость и ударная вязкость сохраняются неизменными после отпуска при 540оС в течение 60 ч. Сталь 16ХН3МФБФЮ-Ш относится к наследственно-мелкозернистым и в тоже время проявляет склонность к структурной наследственности, поэтому получение мелкого зерна аустенита N 9.10 требует проведения специальной термообработки.
Наиболее эффективным для сталей подобного типа, отличающихся высокой устойчивостью аустенита в перлитной области, является использование циклической объемной закалки с промежуточным отпуском.
Так, для стали 16Х2Н3МФБАЮ-Ш формирование зерна N 9.10 при исходном N 6. 7 возможно при следующих температурно-временных параметрах:
1-й цикл отпуск 650оС, 2 ч + закалка 975оС, 1 ч, масло;
2-й цикл отпуск 650оС, 2 ч + закалка 900оС, 1 ч, масло;
3-й цикл отпуск 650оС, 2 ч + закалка 900оС, 1 ч, масло.
Аналогичный результат может быть получен и при двухцикловой обработке, но в этом случае параметры обработки должны быть изменены.
Двух- и трехцикловые обработки дают лучшую стабильность свойств, чем одноцикловая.
Из кованых заготовок стали 16Х2Н3МФБАЮ-Ш, прошедших трехцикловую термическую обработку и окончательный отпуск 600оС, 2 ч, были изготовлены роликовые образцы для испытаний на контактную выносливость и зубчатые колеса на изгибную усталость.
Упрочнение проводили на установке ионного азотирования по двухступенчатому режиму: 1-я ступень температура 500оС, время 20 ч; 2-я ступень температура 540оС, время 40 ч, толщина слоя 0,70 мм, твердость поверхности 824 НV5, твердость сердцевины 39 HRCэ, толщина слоя ε -фазы изменялась от 0 до 5 мкм.
Одновременно проводили испытания образцов и зубчатых колес из цементованной стали 18Х2Н4ВА с толщиной слоя 1,6 мм, твердостью поверхности 824 НV5, твердости сердцевины 43 НRCэ.
Предел контактной выносливости, определенный на роликовых стендах по схеме качения с проскальзыванием в соответствии с ГОСТ 25501-78, для азотированной стали 16Х2Н3МФБАЮ-Ш составил 2400 МПа, а для цементованной стали 18Х2Н4ВА 2200 МПа.
Изгибную выносливость зубчатых колес определяли на электромагнитном пульсаторе. Цикл изменения напряжений был близок к отнулевому (коэффициент асимметрии цикла -r= 0,05). Предел изгибной выносливости азотированных колес получен равным 850 МПа и соизмерим с пределом выносливости цементованной стали 18Х2Н4ВА, для которой он равен 900 МПа.
Интегральная оценка работоспособности азотированных зубчатых колес, поставленных взамен цементованных и подвергнутых обработке по предлагаемому способу, была получена при испытаниях на установке замкнутого контура. Параметры испытанных колес приведены в таблице.
Зубчатые колеса редуктора прошли испытания без повреждений. Таким образом, при удовлетворении всей совокупности требований по составу стали, ее термической и химико-термической обработке, азотированные зубчатые колеса по изгибной и контактной выносливости соизмеримы с цементуемыми и не требуют зубошлифования после азотирования.
Формула изобретения: СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ ВТОРИЧНОТВЕРДЕЮЩИХ СТАЛЕЙ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА, включающий объемную закалку, отпуск, механическую обработку и азотирование, отличающийся тем, что проводят двух- или трехкратную циклическую объемную закалку с температуры 900 975 oС при длительности выдержки 1 3 ч с предварительным перед каждой закалкой отпуском при 600 675oС в течение 1 5 ч, а азотирование на заданную глубину проводят в две ступени: первую при 500 540oС в течение 10 20 ч, а вторую - при 540 570oС в течение 20 40 ч.