Назначение термической и химико-термической обработки для детали «ступица шестерни» | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 9 июля, печатный экземпляр отправим 13 июля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

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

Дата публикации: 22.12.2020

Статья просмотрена: 21 раз

Библиографическое описание:

Ильина, Ю. С. Назначение термической и химико-термической обработки для детали «ступица шестерни» / Ю. С. Ильина, Б. Р. Ахмадиева, Е. В. Репина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 51 (341). — С. 38-40. — URL: https://moluch.ru/archive/341/76925/ (дата обращения: 29.06.2022).



При введении новой детали на производство, необходимо составить для нее технологические карты термической (химико-термической) обработки, механической обработки и выбрать способ получения заготовки. В данной работе произведено назначение режимов термической (химико-термической) обработки для детали «Ступица шестерни». В качестве материала выбрана сталь 18ХГТ. По требованиям заказчика, деталь должна обладать заданным комплексом механических свойств: твердость шлицев 55–60 HRC на глубину h = 0,8–1,2 мм; предел прочности (σ в ) не менее 850 МПа; ударная вязкость (KCU) не менее 0,75 МДж/м 2 .

Ключевые слова: химико-термическая обработка, цементация, ступица шестерни.

Для длительной эксплуатации детали необходимо верно назначить режимы термической (химико-термической) обработки. От назначения термической обработки зависит комплекс механических свойств детали, а также срок службы. К примеру, деталь «Ступица шестерни» должна обладать твердостью шлицев 55–60 HRC на глубину h = 0,8–1,2 мм; пределом прочности (σ в ) не менее 850 МПа; а также ударной вязкостью (KCU) не менее 0,75 МДж/м 2 . Для того, чтобы правильно назначить режимы термический (химико-термической) обработки и не получить на контроле термической обработки деталь ненадлежащего качества, необходимо ознакомиться с некоторыми аспектами материаловедения. Для начала, нужно понять, что в целом представляет собой термическая обработка. Термическая обработка — это совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых сплавов на металлической основе. Проводится для изменения внутреннего строения и структуры сплавов, с целью получения комплекса заданных свойств [1]. Цементация (науглероживание) является операцией химико-термической обработки, заключающаяся в диффузионном насыщении верхнего слоя заготовки углеродом при нагреве (900–950 ℃) в углеродосодержащей среде (то есть — карбюризаторе) [2]. Отпуск стали представляет собой операцию термической обработки, заключающуюся в нагреве закаленной стали до температур ниже линии А 1 , выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении, с целью получения равновесной структуры и заданного комплекса механических свойств [1]. Существует три разновидности отпуска: низкий, средний и высокий. В данной работе используется низкий отпуск. Низкий отпуск представляет собой процесс термической обработки закаленной стали для снижения внутренних напряжений без заметного снижения твердости и хрупкости [1].

После проведения термической обработки, необходимо провести контроль качества термической обработки. Контроль твердости шлицев, предела прочности и ударной вязкости.

Для получения высокой твердости поверхности шлицев, ступицу целеобразно подвергать цементации. Для получения заданного комплекса механических свойств, решено провести газовую цементацию. Существет 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]. Суть двухступенчатой цементации заключается в том, что в течение первой 1/3 времени выдержки производится интенсивная подача эндогаза и природного газа (неглубокий слой с содержанием углерода 1,2–1,3 %). Далее подается только эндогаз. В результате концентрация углерода в поверхности снижается до 0,8 % [2].

Чтобы при цементации не происходил рост зерна в структуре стали, температура должна быть не более 900–950 ℃ [2]. Время нагрева и выдержки заготовок в печи рассчитано по соответствующим формулам. Режимы химико-термической обработки детали «Ступица шестерни» из стали 18ХГТ представлены в таблице 1.

Таблица 1

Режимы двухступенчатой цементации детали «Ступица шестерни» изготовленной из стали 18ХГТ

Операция термической обработки

Т, ℃

Время нагрева, мин

Время выдержки, мин

Время подстуживания, мин

Охлаждающая среда

Двухступенчатая газовая цементация (эндотермический газ со ступенчатой подачей)

950

20

120

210

(до t = 800℃)

Масло

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

Время нагрева и выдержки при отпуске рассчитывается исходя из конфигурации и максимального диаметра детали по соответствующим формулам. Режимы термической обработки детали «Ступица шестерни» из стали 18ХГТ представлены в таблице 2.

Таблица 2

Режимы низкого отпуска детали «Ступица шестерни», изготовленной из стали 18ХГТ

Операция термической обработки

Т, ℃

Время нагрева, мин

Время выдержки, мин

Охлаждающая среда

Низкий отпуск

180

20

130

Воздух

В ходе проведения работы, получены результаты и сформирован технологический процесс термической обработки детали «Ступица шестерни» из стали 18ХГТ, который представлен в таблице 3.

Таблица 3

Технологический процесс термической и химико-термической обработки детали «Ступица шестерни», изготовленной из стали 18ХГТ

Операция термической обработки

Т, ℃

Время нагрева, мин

Время выдержки, мин

Время подстуживания, мин

Охлаждающая среда

Двухступенчатая газовая цементация (эндотермический газ со ступенчатой подачей)

950

20

120

210

(до t = 800℃)

Масло

Низкий отпуск

180

20

130

-

Воздух

После проведения термической обработки, необходимо провести контроль качества термической обработки. Твердость шлицев равна 57 HRC на глубину 0,8 мм; предел прочности (σ в ) равен 856 МПа; ударная вязкость (KCU) равна 0,78 МДж/м 2 .

В результате работы выявлено, что разработанный технологический процесс термической обработки верен, может применяться на производстве и полностью удовлетворяет техническим требованиям заказчика. Все полученные механические свойства детали входят в интервал заданных. Твердость шлицев равна 57 HRC на глубину 0,8 мм (задано: 55–60 HRC на глубину 0,8–1,2 мм); предел прочности (σ в ) равен 856 МПа (задано: не менее 850 МПа); ударная вязкость (KCU) равна 0,78 МДж/м 2 (задано: не менее 0,75 МДж/м 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, время выдержки, твердость шлицев, заданный комплекс, охлаждающая среда.


Ключевые слова

цементация, химико-термическая обработка, ступица шестерни

Похожие статьи

Влияние термической и химико-термической обработки на...

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

Время нагрева и выдержки заготовок в печи рассчитано по соответствующим формулам.

Влияние термической обработки на структуру и свойства стали 45

В работе представлено время выдержки стали при отжиге и нормализации. При замене отжига на нормализацию механические свойства стали 45, а именно предел выносливости и ударная вязкость должны входить в интервал KCU = 47-49 Дж/см2, σв = 680 - 700 МПа.

Оценка механических свойств металла по твердости при...

Проведен анализ основных неразрушающих методов контроля твердости металла, наиболее часто применяемых для косвенного определения механических свойств (σв, σ0,2) элементов газопроводов в эксплуатационных условиях. С использованием известных корреляционных...

Вопросы повышения хладостойкости крепежа из теплоустойчивой...

Диаграмма нагрева и выдержки при отпуске садки большой партии шпилек. Выдержка, во время отпуска, для массивной садки согласно проведенным

При термообработке больших партий крепежа, ударная вязкость при отрицательных температурах, получается несколько...

Применение режущих инструментов из синтетических... | «Молодой

4. Токарная обработка инструментом из КНБ позволяет исключить применение плазменного подогрева при обработке броней, что снижает общие затраты на механическую обработку, уменьшает расход электроэнергии, исключает затраты на приобретение и ремонт плазмотронов.

Повышение качества отливок из стали 110Г13Л путем...

Время изотермической выдержки зависит от размеров и конфигурации отливок и подбирается в каждом случае индивидуально [5]. Во время выдержки в литой структуре

Разработанный режим термической обработки для отливок из стали 110Г13Л, содержит следующие этапы

Сравнительный анализ высокоэнергетических методов...

Установлено, что сильная ударная волна, генерируемая взрывом, может нагревать вещество до температуры плавления, индуцировать

Для заметного упрочнения ударная волна должна быть достаточно сильной, т. е. иметь амплитуду, превышающую предел упругости материала.

Улучшение прочностных, ресурсных и шумовых характеристик...

Прочность редуктора, в свою очередь, зависит от прочности его отдельных элементов: зубчатых колес, валов, подшипников и корпуса. Прочностные характеристики и надежность зубчатой передачи являются следствием корректно спроектированной макро- и...

Похожие статьи

Влияние термической и химико-термической обработки на...

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

Время нагрева и выдержки заготовок в печи рассчитано по соответствующим формулам.

Влияние термической обработки на структуру и свойства стали 45

В работе представлено время выдержки стали при отжиге и нормализации. При замене отжига на нормализацию механические свойства стали 45, а именно предел выносливости и ударная вязкость должны входить в интервал KCU = 47-49 Дж/см2, σв = 680 - 700 МПа.

Оценка механических свойств металла по твердости при...

Проведен анализ основных неразрушающих методов контроля твердости металла, наиболее часто применяемых для косвенного определения механических свойств (σв, σ0,2) элементов газопроводов в эксплуатационных условиях. С использованием известных корреляционных...

Вопросы повышения хладостойкости крепежа из теплоустойчивой...

Диаграмма нагрева и выдержки при отпуске садки большой партии шпилек. Выдержка, во время отпуска, для массивной садки согласно проведенным

При термообработке больших партий крепежа, ударная вязкость при отрицательных температурах, получается несколько...

Применение режущих инструментов из синтетических... | «Молодой

4. Токарная обработка инструментом из КНБ позволяет исключить применение плазменного подогрева при обработке броней, что снижает общие затраты на механическую обработку, уменьшает расход электроэнергии, исключает затраты на приобретение и ремонт плазмотронов.

Повышение качества отливок из стали 110Г13Л путем...

Время изотермической выдержки зависит от размеров и конфигурации отливок и подбирается в каждом случае индивидуально [5]. Во время выдержки в литой структуре

Разработанный режим термической обработки для отливок из стали 110Г13Л, содержит следующие этапы

Сравнительный анализ высокоэнергетических методов...

Установлено, что сильная ударная волна, генерируемая взрывом, может нагревать вещество до температуры плавления, индуцировать

Для заметного упрочнения ударная волна должна быть достаточно сильной, т. е. иметь амплитуду, превышающую предел упругости материала.

Улучшение прочностных, ресурсных и шумовых характеристик...

Прочность редуктора, в свою очередь, зависит от прочности его отдельных элементов: зубчатых колес, валов, подшипников и корпуса. Прочностные характеристики и надежность зубчатой передачи являются следствием корректно спроектированной макро- и...

Задать вопрос