Способ изготовления зубчатых колес из высокопрочного чугуна

 

Область применения: изготовление зубчатых колес. Сущность изобретения: получают литые цилиндрические заготовки. Производят пластическое формообразование зуба путем горячего деформирования с заданной степенью деформации у основания и вершины зуба. Осуществляют изотермическую закалку изделий на бейнитноаустенитную структуру 1 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 21 К 1/30

ГОСУДАР СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832677/27 (22) 20,04.90 (46) 23.07.92. Бюл. М 27 (71) Физико-технический институт АН БССР (72) Л,P.Äóäåöêàÿ, А,И,Покровский, В.А.Тиманюк, С.Н.Леках и Н.И.Бестужев (56) Экспресс-информация Технология и оборудование литейного производства, N.

19, 1980, c,14 — 26. о.Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам изготовления зубчатых колес.

Известны способы изготовления зубчатых колес из высокопрочного чугуна, включающие получение литой заготовки, механическую обработку и упрочнение путем термической или химико-термической обработки, Прототипом изобретения является способ изготовления зубчатых колес из высокопрочного чугуна, включающий получение литой заготовки, механическую обработку и изотермическую закалку на бейнитную структуру, Недостатками такого способа являются невысокие значения усталостной прочности чугуна, что снижает качество изделий, а также медленное протекание бейнитного превращения при изотермической закалке, что снижает производительность труда.

Цель изобретения — повышение качества изделий производительности процесса за счет повышение усталостной прочности и сокращения цикла изотермической закалки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления зубчатых

„„БЦ„„1748912 А1 (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ

КОЛЕС ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА (57) Область применения: изготовление зубчатых колес. Сущность изобретения; получают литые цилиндрические заготовки.

Производят пластическое формообразование зуба путем горячего деформирования с заданной степенью деформации у основания и вершины зуба, Осуществляют изотермическую закалку изделий на бейнитноаустенитную структуру, 1 табл., 1 ил. колес из высокопрочного чугуна, включающем получение литой заготовки, механическую обработку и изотермическую закалку, перед последней производят формообразование зуба путем горячего пластического деформирования, при степени деформации

0,7-0,8 у его основания и 0,4-0,5 у вершины, Усталостная прочность зубчатых колес из высокопрочного чугуна определяется сочетанием высокой прочности и достаточно высокой вязкости. Эти показатели связаны с соотношением в структуре изделий бейнита и остаточного аустенита, а также с характером напряженного состояния в зоне, прилегающей к профилю зуба, Исследования показывают, что для обеспечения высокой усталостной прочности зубчатого колеса необходимо, чтобы количество аустенита в наиболее опасных сечениях зуба (у его основания) было несколько выше, чем в менее опасных (у вершины зуба). В то же время при проведении изотермической закалки литых зубчатых колес по известному способу распределение ог таточного аустенита по сечению зуба не регламентируется и не соответствует оптимальным показателям.

Длительный инкубационный период в ин1748912

10 должно находится в пределах 0,7 — 0,8, на- 15 блюдается текстурированность чугуна, 20

30 степени текстурированности материала и 35

55 тервале бейнитного превращения удлиняет цикл термической обработки. Изменяя в определенном соотношении степень деформации, можно обеспечить регламентирован ное содержание остаточного аустенита в различных частях изделия и таким образом повысить усталостную прочность зубчатых колес. Последняя может быть также повышена за счет устранения при деформации литейных дефектов, повышения плотности металла и создания определенной текстуры по профилю зуба, При дефор" мации зубчатого венца у основания зуба из-за значительного обжатия, которое обусловленная вытягиванием включений графита и волокон металлической матрицы вдоль впадины зуба.

Текстура деформации у основания зуба показана на чертеже.

При деформации происходит дополнительное насыщение твердого раствора углеродом, приводящее при последующей изотермической закалке к стабилизации аустенита в указанной зоне на уровне 2530, В то же время у вершины зуба, где обеспечивается степень деформации на уровне 0,4 — 0,5, количество остаточного аустенита составляет 10-15 . Слабо деформированные включения графита, располагающиеся вдоль эвольвенты зуба, обеспечивают высокие антифрикционные свойства чугуна, Достигнутое соотношение структурных составляющих по высоте зуба обеспечивают повышение усталостной прочности материала зубчатых колес и их эксплуатационной стойкости. При степенях деформации, превышающих указанные выше пределы резко возрастают энергозатраты процесса деформации и появляется опасность нарушения сплошности материала. При меньших степенях деформации снижаются эксплуатационные показатели зубчатых колес из-за несоблюдения регламентированной структуры. Активизация диффузии атомов углерода, вызванная пластической деформацией, приводит к сокращению инкубационного периода распада аустенита при изотермической закалке и значительно сокращается продолжительность термической обработки, Пример. Высокопрочный чугун состава, мас. углерод 3,5- 3,8; кремний

1,8 — 2,0; марганец до 0,4; хром до 0,1; сера до 0,02; фосфор до 0,09; молибден 0,28 — 0,32 выплавляется в индукционной печи по известной технологии, Из отливок вытачивают ци40

50 линдрические заготовки диаметром 30 и высотой 80 мм. После индукционного нагрева до 950 + 20 С заготовки деформируют на кривошипно-шатунном прессе усилием 630 тс. в закрытом штампе методом точной штамповки, Заданное соотношение степеней деформации ho высоте зуба шестерни достигается расчетом размеров заготовки и количеством штамповочных переходов. Qxлаждение иэделий после деформации производится в соляной ванне с 350 С.

Продолжительность иэотермической выдержки при проведении экспериментов 1,2 и 4 ч. С учетом того, что степень деформации в зубе на диаметре Dx примерно одинакова для всех точек, лежащих на этом диаметре, степень обжатия в различных сечениях зуба определяют расчетным путем по известной формуле

Ьаг нашест

Язаг где Sear — площадь сечения заготовки;

Зшест — площадь сечения шестерни, ограниченная текущим диаметром Ох, Параллельно изготавливают зубчатые колеса по способу прототипу с заливкой чугуна указанного выше состава в песчаноглинистые формы с последующей механической обработкой зуба и изотермической закалкой на бейнит. Продолжительность инкубационного периода и количество остаточного аустенита в структуре определяют по данным микроструктурного и рентгеноструктурного анализа образцов, вырезанных иэ опытных деталей.

Испытания на усталость проводят по ГОСТУ

25,502-79 на образцах литых и деформированных с заданным обжатием, Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно иэ таблицы, предлагаемый способ позволяет в 2 раза снизить продолжительность термической обработки и одновременно увеличить на 30 — 40 усталостную прочность чугуна, Кроме того, уменьшаются величины припусков на механическую обработку и улучшаются условия труда при получении заготовок.

Формула изобретения

Способ изготовления зубчатых колес из высокопрочного чугуна, включающий получение литых заготовок, механическую обработку и изотермическую закалку, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества иэделий и производительности процесса за счет повышения усталостной прочности и сокращения цикла изотермической закалки, перед последней производят

1748912 формообразование зуба путем горячего ни деформации 0,7 — 0,8 у его основания и пластического деформирования при степе- 0,4 — 0,5 у вершины.

Реюю терчической Степень деформации обработки верщима основазуба ние зуба

Иеханические свойства

Содериание остаточного аустенита,2

Способ изготовления зубчатого колеса

Примерр

HV о,, Hlla верин осНо на зу- ванне ба зуба

1 Способ-прототип

Нзотермическая закалка:

1.Нагрев до 900 С выдерика 60 мин

45 35 260 440

35 15 350 460

2.0ыдерика в соляной ванне прм

350 С

25 10 340 476

4 Предлагаемый способ

Нзотермическая закалка: 0,45

I.Нагрев до 900 С, еыдерика 60 мин

30 40 300 460

15 30 340 582

0,75

2.0ыдерика е соляной ванне при

350 С

7, Предлагаеный способ

10 30 335. 574

Изотерническая закалка: 0,45

0,85

Дефекты в виде трещин на по верхности изделия

1.Нагрев до 900 С 0,45 IS 25 345 610

0,80

12

13

QffC0ff аю&а

acme

2.Выдерика в соляной ванне при

350 С 0,45

0,45

0,35

0,40

0>50

0,55

0,70

0,65

0,75

0,75

0,75

0,75

Продолиительнос ть изотермической выдерики,sac IS

35 320 600

40 280 480

30 240 520

30 290 600

30 33о 62о

30 345 5оо