Способ термической обработки цилиндрических зубчатых колес Советский патент 1984 года по МПК C21D9/32 

Изобретение относится к электротермин и может быть использовано для термообработки изделий, изготов ляемых из стали пониженной прокаливаемости, например, цилиндрических зубчатых колес, толщина обода которых сравнима с высотой зуба. Известен способ термообработки цилиндрических зубчатых колес, изго товленных из стали .пониженной про- каливаемости, заключающийся в индукцинном объемном нагреве колеса до закалочной температуры, последующем охлаждении его наружной поверхности до температуры самоотпуск параллельным этой поверхности пото:ком охлаждающей жидкости и самоотпускр. Cl 3. К недостаткам такого способа, в случае его применения для термообра ботки цилиндрических зубчатых колес толщина обода которых сравнима с высотой зуба, следует отнести невоз можность получения высокой прочности обода (разрушение колес при эксп луатации Происходит, как правило, из-за разрыва обода) и нестабильность качества термообработки, так как в процессе закалки не обеспечивается интенсивное охлаждение внутренней поверхности обода потоком охлаждающей жидкости и идентичность начальных температур самоотпуска от изделия к изделию. Известен способ термообработки зубчатых колес, изготовленных из стали пониженной прокаливаемости, заключающийся в индукционном объемном нагреве колеса до температуры закалки, последующем охлаждении его наружной поверхности до температуры самоотпуска охлаждающей жидкостью, подаваемой из спрёйера нормально к закаливаемой поверхности, самоотпус ке и последующем объемном печном на греве зубчатого колеса с целью низкого отпуска С2. К недостаткам этого способа, в случае его использования для термообработки цилиндрических зубчатых колес, толщина обода которых сравни ма с высотой зуба, следует отнести невозможность получения высокой про ности обода термообработанных колес

которая объясняется тем, что. при колеса.

ществлении операции закалки внутренняя поверхность обода не подвергается интенсивному охлаждению закалоч- ,

Целью изобретения является повышение качества обработки зубчатых колес. НОИ жидкости и остается незакаленной. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ термической обработки цилиндрических зубчатых колес, преимущественно из стали пониженной прокаливаемости, включающий объемньй индукционный нагрев до температуры аустенизации со скоростью 5-15 С/с, охлаждение, со скоростью более критической, самоотпуск, отпуск, при котором наружную поверхность нагревают до 170-190 0 и охлаждение СЗ. К недостаткам известного способа в случае его использования для термообработки цилиндрических зубчатых колес, толщина обода которьк сравнима с высотой зуба, следует отнести невозможность обеспечения высоких прочностных характеристик обода термообработанных колес. Это объясняется тем, что скорости потоков охлаждающей жидкости, омывающих при закалке зубья колеса и внутреннюю поверхность его обода, равны, а условия теплоотдачи - различны, т.е. равные скорости потоков обеспечивают различные скорости охлаждения подлежащих закалке объемов металла на наружной и на внутренней поверхности зубчатого колеса. При этом, скорость охлаждения зубьев будет больше скорости охлаждения внутренней поверхности обода. Таким образом, если скорость потока охлаждающей жидкости является оптимальной для зубьев колеса, т.е. обеспечивает требуемую глубину закаленного слоя и его оптимальную структуру, для внутренней поверхности обода она меньше оптимальной и не может обеспечить ни требуемой глубины закаленного слоя, ни его оптимальной структуры и механических свойств (этот слой даже может иметь структуру неполной закалки) . Таким образом, недостатком известного способа, в случае применения его для термообработки зубчатых колес, толщина обода которых сравнима с высотой зуба, является низкое качество термообработки, не обеспечивающее высокой общей конструктивной прочности зубчатого Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки цилиндрических зубчатых колес, преимущественно из стали пониженной прокаливаемости, включающему объемный индукционный нагре до температуры аустенизации со скоростью З-ТЗ С/с, охлаждение со скоростью более критической до температуры самоотпуска, нагрев, отпуск, при котором наружную поверхность нагревают до 170-190С и окончатель ное охлаждение, после аустенизации осуществляют раздельное охлаждение наружной и внутренней поверхностей зубчатого колеса, самоотпуск проводят в течение времени, равном длительности нагрева под закалку, а отпуск внутренней поверхности ведут при 490-510°С. Причем окончательное .охлаждение ведут в воде. Применение самоотпуска после закалки с интенсивным водяным охлаж дением предотвращает появление трещин на-детали в период между оконча нием закалочного охлаждения и началом низкотемпературного отпуска. Пр температуре самоотпуска ниже 150 С повышается опасность трещинообразования на закаленных поверхностях. П остаточной температуре самоотпуска на детали выше 170°С возникает возможность неполного превращения аустенита в мартенсит при охлаждении под закалку. Осуществление нагрева до темпера туры отпуска на внутренней поверхности обода зубчатого колеса с одно временным нагревом под низкий отпус его наружной поверхности обеспечивает распределение твердости, обуславливающее достижение высокой общей конструктивной прочности цилинд рических зубчатых колес, толщина обода которых сравнима с высотой зу . ба.. При температуре отпуска ниже возрастают прочностные свойства термообработанного слоя на вну ренней поверхности зубчатого колеса и падают его пластические свойстйа, что нарушает их оптимальное сочетание. При температуре отпуска выше 510°С возрастают пластические свойс ва термообработанного слоя на внутренней поверхности зубчатого колеса и падают его прочностные свойства, что нарушает их оптимальное сочетание. Пример. Производят термообработку сателлита, изготовленного из стали 55ПП и имеющего обод толщиной, равной 1,1 от высоты зуба. Мощность источника питания, использованного для термообработки сателли,та, составляет 250 кВт, частота тока 4 кГц. Операцию объемного нагрева под закалку осуществляли в специальном индукторе, обеспечивающем совместный нагрев внутренней поверхности обода и наружной поверхности зубчатого венца сателлита. Время нагрева составляет 60tl с конечная температура .нагрева сателлита 850± 10°C. Охлаждение сателлита после нагрева под закалку до начальной температуры самоотпуска осуществляется в специальном устройстве, позволяющем регулировать скорость потоков воды омывающих внутреннюю поверхность обода и поверхность зубьев. При этом скорость потока, омывающего внутреннюю поверхность обода устанавливают равной 14i1 м/с, а скорость потока омывающего поверхность зубьев 10t1 м/с. Время охлаждения до начальной температуры самоотпуска (160+10 о составляет 6+0,2 с, после чего сателлит подвергают самоотпуску в течение 56+1 с. Нагрев сателлита под отпуск осуществляется в индукторе, аналогичном индуктору для нагрева под закалку. Длительность отпуска составляет 62 с, температура нагрева зубчатого венца 180t10°C, температура нагрева внутрренней поверхности обода 500+1 . После операции отпуска сателлит охлаждают в течение 60 с водой, подаваемой из спрейера. Металлографические исследования и стендовые испытания (циклические) на усталостную прочность партии сателлитов в количестве 20 штук, термообработанных по предлагаемой технологии, дали следующие результаты. Глубина термообработанного слоя на зубчатой поверхности венца сателлита 2,0-2,5 мм, твердость термообработанного слоя 55-56 HRC, микроструктура - мелкоигольчатьш мартенсит. Глубина термообработанного слоя на внутренней поверхности обода сателлита 2,0-2,5 мм, твердость термообработанного слоя 38-40 HRC, микроструктура - тростит отпуска. Долговечность сателлитов, термообработанных по указанной технологии, составивила (2,0-2,3)10 циклов до разрушения (долговечность сателлитов серийного производства (2,5-5,0)40 циклов).

Использование предлагаемого способа .термообработки цилиндрических зубчатых колес позволяет повысить качество термообработки и, следовательно, общую конструктивную прочность зубчатых колес, и тем самым увеличить их срок службы. Кроме того, повышение качества термообработки позволяет использовать для зубчатых колес вместо дорогостоящей

легированной стали углеродистую стал пониженной прокаливаемости, что снижает себестоимость изделия. Использование стали пониженной прокаливаемости, в свою очередь, также позво.ляет применить одновременную термообработку зубчатого колеса вместо общераспространенной в настоящее время термообработки впадина за впадиной или зуб за , что в 5-6 раз позволяет повь(сить производительность труда.

Ожидаемый годовой экономический эффект от использования предлагаемого способа термообработки при производстве сателлитов трактора Кировец составляет 350 тыс. руб.

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС преимущественно из стали пониженной прокаливаемости, включающий объемный индукционный нагрев до температуры аустенизации со скоростью 5-15°С/с, охлаждение со скоростью более критической, до температуры самоотпуска, неграв, отпуск, при котором наружную поверхность нагревают до 170-190 С, и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки зубчатых колес, толщина обода которых сравнима с высотой зуба, после аустенизации осугцествляют раздельное охлаждение наружной и внутренней поверхностей зубчатого колеса, самоотпуск проводят в тече S ние времени, равном длительности (Л нагрева под закалку, а отпуск внутренней поверхности ведут при 490510°С. 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что окончательное охлаждение ведут в воде. 00 ел ел а