Влияние термической и химико-термической обработки на структуру и свойства детали «вал-шестерня редуктора привода лебедки» из стали 18ХГТ | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 13 марта, печатный экземпляр отправим 17 марта.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №51 (341) декабрь 2020 г.

Дата публикации: 22.12.2020

Статья просмотрена: 4 раза

Библиографическое описание:

Ильина, Ю. С. Влияние термической и химико-термической обработки на структуру и свойства детали «вал-шестерня редуктора привода лебедки» из стали 18ХГТ / Ю. С. Ильина, Б. Р. Ахмадиева, Е. В. Репина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 51 (341). — С. 36-38. — URL: https://moluch.ru/archive/341/76914/ (дата обращения: 03.03.2021).



На производственных предприятиях по типу машиностроительных заводов часто необходимо назначение той или иной термической или химико-термической обработки для получения необходимых эксплуатационных характеристик детали. В данной работе представлена разработка технологического процесса термической обработки для детали “Вал-шестерня редуктора привода лебедки” изготовленной из стали 18ХГТ с получением необходимых механических свойств: твердость зубьев не менее 55 HRC, на глубину h = 0,8 -1,2 мм; твердость сердцевины не менее 270 HB; предел прочности (σ в ) не менее 800 МПа; ударная вязкость (KCU) не менее 60 Дж/см 2 .

Ключевые слова: термическая обработка, цементация, отпуск, вал-шестерня.

Для того, чтобы деталь имела длительный срок службы, необходимо правильно назначить режимы термической и/или химико-термической обработки, с целью получения необходимых эксплуатационных свойств. К примеру, деталь “Вал-шестерня редуктора привода лебедки” должна обладать твердостью зубьев не менее 55 HRC, на глубину h = 0,8 -1,2 мм; твердостью сердцевины не менее 270 HB; пределом прочности (σ в ) не менее 800 МПа и ударной вязкостью (KCU) не менее 60 Дж/см 2 . Чтобы назначить режимы термической и/или химико-термической обработки верно, необходимо знать некоторую терминологию материаловедения. Заготовка детали “Вал-шестерня” после механической обработки поступает в термический цех, где происходит термическая обработка. Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлический сплавов, с целью получения необходимых свойств в ходе изменения внутренней структуры и строения [1]. Цементацией или науглероживанием называется операция химико-термической обработки, которая заключается в диффузионном насыщении поверхностного слоя детали углеродом при нагреве (900–950 ℃) в углеродосодержащей среде (так называемом — карбюризаторе) [2]. Отпуском называется операция термической обработки, которая заключается в нагреве закаленной стали до температур ниже линии А 1 , для получения равновесной структуры и заданных механических свойств [1].

После завершения операций термической и химико-термической обработки необходимо провести контроль твердости сердцевины и зубьев, ударной вязкости и предела прочности.

Так как для детали используется массовое производство, для получения заданного комплекса механических свойств, решено провести газовую цементацию. Существует два вида газовой цементации: одноступенчатый и двухступенчатый процессы. Двухступенчатый процесс в отличие от одноступенчатого значительно сокращает время цементации, увеличивая толщину насыщения поверхности заготовки углеродом в 1,65–1,8 раза, а также обеспечивает лучшее распределение углерода по всей толщине слоя [2]. Следовательно, рациональнее использовать газовую двухступенчатую цементацию. Чтобы при цементации не происходил рост зерна в структуре стали, температура должна быть не более 950–960 ℃ [2]. В качестве атмосферы в печи принято использовать эндотермическую атмосферу, так как она позволяет автоматически регулировать степень насыщения поверхностного слоя углеродом. Время нагрева и выдержки заготовок в печи рассчитано по соответствующим формулам. Режимы химико-термической обработки детали “Вал-шестерня” из стали 18ХГТ представлены в таблице 1.

Таблица 1

Режимы цементации детали «Вал-шестерня редуктора привода лебедки”, изготовленной из стали 18ХГТ

Операция термической обработки

Т, ℃

Время нагрева, мин

Время выдержки, мин

Время подстуживания, мин

Охлаждаю-щая среда

Двухступенчатая газовая цементация (эндотермическая атмосфера)

950

100

180

150

(до t = 825℃)

Масло

(И-50А)

После непосредственной закалки с подстуживанием проводится низкий отпуск [2].

Время нагрева и выдержки при отпуске рассчитывается исходя из максимального диаметра детали и ее конфигурации по соответствующим формулам. Режимы термической обработки детали “Вал-шестерня” из стали 18ХГТ представлены в таблице 2.

Таблица 2

Режимы низкого отпуска детали «Вал-шестерня редуктора привода лебедки», изготовленной из стали 18ХГТ

Операция термической обработки

Т, ℃

Время нагрева, мин

Время выдержки, мин

Охлаждающая среда

Низкий отпуск

180

60

200

Вода

В ходе полученных результатов эксперимента сформирован технологический процесс термической обработки детали “Вал-шестерня” из стали 18ХГТ, который представлен в таблице 3.

Таблица 3

Технологический процесс термической и химико-термической обработки детали «Вал-шестерня редуктора привода лебедки», изготовленной из стали 18ХГТ

Операция термической обработки

Т, ℃

Время нагрева, мин

Время выдержки, мин

Время подстуживания, мин

Охлаждающая среда

Двухступенчатая газовая цементация (эндотермическая атмосфера)

950

100

180

150

(до t = 825℃)

Масло

(И-50А)

Низкий отпуск

180

60

200

-

Вода

После проведения всех операций термической обработки, необходимо провести контроль качества термической обработки. Твердость зубьев равна 56 HRC на глубину 1 мм; твердость сердцевины равна 275 HB; предел прочности (σ в ) равен 805 МПа; ударная вязкость (KCU) равна 61 Дж/см 2 .

В результате проведения эксперимента было выявлено, что назначенные режимы термической и химико-термической обработки детали “Вал-шестерня редуктора привода лебедки”, изготовленной из стали 18ХГТ, полностью удовлетворяют техническим требованиям. Технологический процесс термической обработки верен и может применяться для данной детали. Все полученные механические свойства детали входят в интервал заданных. Твердость зубьев равна 56 HRC на глубину 1 мм (задано: не менее 55 HRC на глубину 0,8–1,2 мм); твердость сердцевины равна 275 HB (задано: не менее 270 МПа); предел прочности (σ в ) равен 805 МПа (задано: не менее 800 МПа); ударная вязкость (KCU) равна 61 Дж/см 2 (задано: не менее 60 Дж/см 2 ).

Литература:

  1. Самохоцкий, А. И. Технология термической обработки металлов / А. И. Самоходский, Н. Г. Парфеновская. — 2-е изд. — Москва: “Машиностроение”, 1976. — 311 с. — Текст непосредственный.
  2. Лахтин, Ю. М. Химико-термическая обработка металлов / Ю. М. Лахтин. — Москва: Металлургия, 1985. — 256 с. — Текст непосредственный.
Основные термины (генерируются автоматически): термическая обработка, HRC, KCU, время нагрева, предел прочности, ударная вязкость, химико-термическая обработка, твердость зубьев, твердость сердцевины, технологический процесс.


Ключевые слова

цементация, термическая обработка, отпуск, вал-шестерня
Задать вопрос