Условия работы вала-шестерни

ustify">      Из  рисунка 2. 3 видно, что твердость  стали 20ХГНР снижается с повышением температуры отпуска. Поэтому для вала-шестерни легкового автомобиля рекомендуется проводить низкий отпуск при температурах 170-200⁰С, в интервале которых обеспечивается твердость 58-61 НRC.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3 РАЗРАБОТКА РЕЖИМА ТЕРМИЧЕСКОЙ  ОБРАБОТКИ ВАЛА-ШЕСТЕРНИ ИЗ СТАЛИ  20ХГНР 

      Вал-шестерня из стали 20ХНГР, для обеспечения требуемого уровня свойств, подвергается цементации, закалке и низкому отпуску. Режим термической обработки представлен на рисунке 3.1.

     

Рисунок 3.1 – Режим термической обработки  вала-шестерни из стали 20ХГНР 

    Газовая цементация вала-шестерни проводится в присутствии смеси природного газа с эндогазом при температуре  цементации Т_ц=930-950 ⁰С , что обеспечит необходимый коэффициент диффузии углерода [3, 2]. При этом скорость насыщения составляет 0,30-0,40 мм/час [3].

      Время нагрева вала – шестерни при цементации определяется по формуле А.П. Гуляева [3]:

                                     (3.1)

       К₁ – коэффициент формы изделия;

       К₂ – коэффициент среды;

       К₃ – коэффициент равномерного нагрева;

       D – размерная характеристика нагреваемого изделия (80 мм)

       k₁=2, так как изделие цилиндрической формы;

       k₂=2, так как нагрев производится в газовой среде;

       К₃-принимаем учитывая способ укладки =1,4 (рисунок 3.2)

     

Рисунок 3.2 –Способ укладки вала-шестерни

      Таким образом, время нагрева равно:

Примем время нагрева = 45 мин.

С учетом легирования стали, расчетное время нагрева увеличиваем на 50%:

      Чтобы учесть потери времени на нагрев приспособления, расчётное время нагрева увеличиваем на 30%:

     Принимаем время нагрева равному 88 минут.

    Для получения требуемой толщины цементованного слоя δ = 1- 1,2 мм длительность цементации составляет:

                                                     

     где δ=1,0-1,2мм - глубина цементуемого слоя;

           V_ц=0,35 мм/ч; [2]

                                             

    Охлаждение  вала-шестерни после цементации осуществляется на воздухе.

    Чтобы упрочнить  сердцевину детали на единиц 32-35 НRC после цементации проводится закалка с температур, которые определяются критическими точками и соотношением [3]:

    Т_н = т.А_с1 + 30-50⁰С = 740 + 30-50 = 770-790 ⁰С

     Судя  по указанному соотношению, температура закалки не должна быть выше 770-790 ⁰С, так как данная сталь содержит 0,8-1,0% углерода в поверхности и нагрев выше этих температур приведет к росту зерна и ухудшения механических свойств стали.

      Время нагрева под закалку составляет 88 мин. Время выдержки составляет 30% от времени нагрева, рассчитаем по формуле:

     τ_в=0,3*87,36=25,2 мин.

     Принимаем время выдержки равному 25 минут.

     После выдержки проводится охлаждения вала-шестерни в закалочном баке, содержащем масло U-30, температура вспышки которого составляет 180 ⁰С. При этом максимально допустимая рабочая температура составит: Т_раб=Т_всп – (20-40) = 180 – (20-40) = 120–160⁰С.

     После закалки вал-шестерню подвергают промывке в воде.

   Окончательной операцией химико-термической обработки  вала-шестерни является низкий отпуск при температуре 170-200ºC [1].

       Продолжительность отпуска составляет:

       

        τ_уд – удельное время нагрева (1мин/мм);

          δ – толщина изделия, мм

       

       Чтобы учесть легирование стали, расчётное  время нагрева увеличиваем на 50%. Чтобы учесть потери времени на нагрев приспособления, расчётное время нагрева увеличиваем на 30%:

      

      После отпуска, охлаждение проводить на воздухе, после чего производят контроль качества изделий. 
 
 
 
 
 
 
 

4 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВАЛА-ШЕСТЕРНИ 

      После химико-термической обработки 10% изделий  от партии подвергаются проверке качества. Проверка осуществляется по следующим  параметрам:

• контроль твердости поверхности и сердцевины методом Роквелла по шкале «С» на приборе ТК-2М;
• глубину насыщенного слоя контролируется на образцах-свидетелях при помощи микроскопа с увеличением ×200;
• микроструктуру также исследуют на образцах-свидетелях;
• содержание углерода в поверхностном слое методом послойного химанализа;

      Трещины выявляют визуально. Проводится контроль короблений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

   В данной работе была разработана технология химико-термической обработки вал-шестерни из стали 20ХГНР для придания изделию  необходимого комплекса свойств, обеспечивающего  его работу в данных эксплуатационных условиях:

• цементация при 930-950 ºC в течении 195 мин;
• закалка с повторного нагрева при 770-790 ⁰С в течении ≈113 мин. с охлаждением в масле;
• охлаждение в масле  марки U-30;
• низкий отпуск при температуре 170-200 ⁰С в течении 390 мин с охлаждением на воздухе.

      После окончания термообработки проводится контроль качества: контроль твердости  поверхности и сердцевины, глубины цементуемого слоя, определяют глубину насыщенного слоя, изучают микроструктуру, контролируют короблений и визуальный осмотр изделия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПЕРЕЧЕНЬ  ССЫЛОК 

1. Марочник  сталей и сплавов. / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др.; под общ. ред В. Г. Сорокина. –М.: Металлургия 1989. –640с.
2. Тылкин М.А. Справочник термиста ремонтной службы – М.:Металлургия,1981. – 648с.
3. Гуляев А.П. Металловедение. – М.:Металлургия,1978 – 658с.
4. Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г. Технология термической обработки: Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 424с.
5. Башнин Ю.А. Технология термической обработки. – М.: Металлургия, 1986. – 424с.
6. Тылкин М.А. Справочник термиста ремонтной службы. – М.: Метал-лургия, 1981, - 648с.