Спосіб виготовлення вала-шестірні важконавантаженої відкритої зубчастої передачі

Реферат: Спосіб виготовлення вала-шестірні важконавантаженої відкритої зубчастої передачі, відповідно до якого одержують заготовку зі сталі, що містить вуглець, кремній, марганець, фосфор, сірку, хром, нікель, молібден, мідь і залізо, яку піддають об'ємному загартуванню з охолодженням в маслі, після чого роблять її високе відпускання, а потім виконують механічну обробку до заданих розмірів, причому сталь для заготовки виробляють з наступним вмістом компонентів, ваг. %: вуглець 0,35-0,4 кремній 0,27-0,37 марганець 0,65-0,8 фосфор ≤ 0,03 сірка ≤ 0,03 хром 0,9-1,1 нікель 3,0-3,3 молібден 0,325-0,4 мідь ≤ 0,3 залізо інше, при цьому охолодження при загартуванні виконують в маслі температурою 40-60 °C, а відпускання - з нагріванням до температури 615-620 °C. UA 106233 U (12) UA 106233 U UA 106233 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до галузі машинобудування, а саме до деталей машин для зубчастих передач, і може бути використана при виготовленні устаткування для збагачення руд корисних копалин. Відомий спосіб виготовлення деталей машин, у тому числі і шестерень зубчастих передач, відповідно до якого заготовку зі сталі 38ХН3МА, що містить вуглець, кремній, марганець, молібден, нікель, мідь, сірку, фосфор піддають об'ємному загартуванню з охолодженням в маслі, потім роблять її високе відпускання, а після виконують механічну обробку до заданих розмірів (див., наприклад, ДСТ 4543-71). Недоліком такого способу є недостатня прожарюваність заготовки, а також переважна бейнітна структура зубів, що негативно позначається на терміні служби великомодульних зубчастих передач при великих динамічних навантаженнях, особливо в умовах холодного клімату. Відомий аналогічний спосіб виготовлення шестерень важконавантажених зубчастих передач, у якому використовують заготовку зі сталі з поліпшеними характеристиками - 34ХН3М (див., наприклад, В.Н. Журавльов, О.И. Миколаєва, довідник "Машинобудівні сталі" - М: Машинобудування, 1981. - С. 129). Такий спосіб є найбільш близьким до того, що заявляється, по сукупності істотних ознак і приймається як прототип. У відомому способі виготовлення вала-шестірні важконавантаженої відкритої зубчастої передачі і тому, що заявляється, роблять наступну послідовність дій: одержують заготовку зі сталі, що містить вуглець, кремній, марганець, фосфор, сірку, хром, нікель, молібден, мідь і залізо, яку піддають об'ємному загартуванню з охолодженням в маслі, а потім роблять її високе відпускання, після чого виконують механічну обробку до заданих розмірів. У відомому способі шляхом збільшення вмісту в сталі марганцю і молібдену забезпечують підвищення якості заготовки, у порівнянні з аналогом, за рахунок кращого розкислення металу і зниження відпускної крихкості, однак прожарюваність заготовки при загартуванні залишається недостатньою. В основу корисної моделі поставлена задача - створити спосіб виготовлення вала-шестірні важконавантаженої відкритої зубчастої передачі, що забезпечує підвищення терміну її служби за рахунок технічного результату, що полягає в одержанні переважно мартенситної структури матеріалу зубів при загартуванні, що забезпечує при наступному відпусканні структуру сорбіту з рівномірно розподіленими карбідами, і формуванні зони стискаючих напружень у основи зубів вала-шестірні. Цей технічний результат досягається тим, що в способі виготовлення вала-шестірні важконавантаженої відкритої зубчастої передачі, при якому одержують заготовку зі сталі, що містить вуглець, кремній, марганець, фосфор, сірку, хром, нікель, молібден, мідь і залізо, яку піддають об'ємному загартуванню з охолодженням в маслі, після чого роблять її високе відпускання, а потім виконують механічну обробку до заданих розмірів, відповідно до корисної моделі, сталь для заготовки виробляють з наступним вмістом компонентів, ваг. %: вуглець 0,35-0,4 кремній 0,27-0,37 марганець 0,65-0,8 фосфор ≤ 0,03 сірка ≤ 0,03 хром 0,9-1,1 нікель 3,0-3,3 молібден 0,325-0,4 мідь ≤ 0,3 інше, залізо при цьому охолодження при загартуванні виконують в маслі температурою 40-60 °C, а відпускання - з нагріванням до температури 615-620 °C. Між відмітними ознаками корисної моделі і технічним результатом мається причиннонаслідковий зв'язок. За рахунок того, що сталь для заготовки роблять з наступним вмістом компонентів, ваг. %: вуглець 0,35-0,4 кремній 0,27-0,37 марганець 0,65-0,8 фосфор ≤ 0,03 сірка ≤ 0,03 1 UA 106233 U хром нікель молібден мідь залізо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0,9-1,1 3,0-3,3 0,325-0,4 ≤ 0,3 інше, збільшується прожарюваність сталі при загартуванні, що після механічної обробки приводить до формування зони стискаючих напруженьбіля основи зубів вала-шестірні. Крім того охолодження заготовки при загартуванні в маслі температурою 40-60 °C і відпускання - з нагріванням до температури 615-620 °C дозволяє одержати переважну структуру мартенситної структури матеріалу зубів вала-шестірні при загартуванні, що забезпечує при наступному відпусканні структуру сорбіту відпустки з рівномірно розподіленими карбідами, а, отже, підвищений опір ударним навантаженням. Обраний хімічний склад сталі є оптимальним для виробів такого типу. Вміст вуглецю менш 0,35 % не забезпечує необхідної твердості серцевини вала-шестірні і знизить прожарюваність заготовки, а більш 0,4 погіршить оброблюваність і знизить ударну в'язкість зубів. Кремній є ефективним елементом для розкислення в сталеливарному способі і для забезпечення міцності і загартовуваності, при цьому значення 0,27 % є мінімально достатнім, а більш 0,37 погіршить оброблюваність і знизить ударну в'язкість зубів. Марганець розкиснює і зміцнює сталь, зв'язуючи сірку, однак при вмісті більш 0,8 % підвищує схильність до росту зерна, а при вмісті менш 0,65 % його ефект буде недостатнім. Фосфор знижує ударну в'язкість при сегрегації на границях розділу зерен у сталі, тому максимальна його кількість обмежена 0,03 %. Сірка в сполученні з марганцем поліпшує оброблюваність сталі, однак також приводить до крихкості виробу, тому її вміст обмежений 0,03 %. Хром є ефективним елементом для поліпшення прожарюваності і стійкості до розм'якшення при відпусканні, тому вміст менш 0,9 % не забезпечує необхідної міцності і прожарюваності заготовки, а більш 1,1 % погіршить оброблюваність. Нікель поліпшує прожарюваність заготовки і найбільше сприяє підвищенню ударної в'язкості отриманого виробу, однак при введенні нікелю від 3,3 % і вище ударна в'язкість не зростає, а збільшується твердість, що ускладнює оброблюваність заготовки. Молібден поліпшує прожарюваність заготовки, особливо в сполученні з нікелем, а також підвищує стійкість до розм'якшення при відпусканні. При вмісті менш 0,325 % його ефект буде недостатнім, а при введенні більш 0,4 % позитивний ефект не додається. Мідь - домішка, отримана при плавці сировини. Її вміст обмежують 0,3 %, при перевищенні якого знижуються в'язкість і стійкість отриманого виробу. Конкретний приклад реалізації способу - виготовлення трьох валів-шестерень. Плавку сталі масою 44 т зробили в печі ДСП-50 з наступним доведенням на установці пічковш УПК-1 і вакуумування у ковші перед розливанням. У процесі доведення присаджували різні феросплави і матеріали: (феросиліцій (45 %), силікомарганець, ферохром (800), феромолібден, технічний нікель (Н3)) для одержання заданого хімічного складу сталі. Готову сталь розлили в виливниці для одержання злитків масою 7600 кг. Отримані злитки масою 7600 кг викували на пресі зусиллям 3000 тис. т. для забезпечення придатних поковок масою 5900 кг. Після попередньої механічної обробки були отримані заготовки валів-шестерень із припуском під термічну обробку розмірами: зовнішній діаметр 968 мм, внутрішній діаметр 525 мм і висотою 1090 мм, де 40 мм кільцева проба для визначення рівня механічних властивостей матеріалу. Заготовки були піддані загартуванню з 860 °C в масло з початковою температурою 46 °C, витримці в маслі протягом 130 хв до температури по металу 150 °C і наступному високому відпусканні при температурі 615…620 °C протягом 10 годин. З отриманих заготовок були відібрані поперечні проби (темплети), з яких були виготовлені зразки для механічних іспитів і визначення хімічного складу. Спектральний аналіз отриманих зразків показав наступний хімічний склад матеріалу зразків, %: вуглець 0,36; кремній 0,37; марганець 0,68; фосфор 0,011; сірка 0,005; 2 UA 106233 U хром нікель молібден мідь і наступні фізичні властивості: 2 Межа міцності (σв), Н/мм 2 Межа текучості (σт), Н/мм Відносне подовження, % Відносне звуження, % 2 Ударна в'язкість, Дж/див Твердість, НВ 5 10 15 0,98; 3,00; 0,33; 0,16, Шестірня № 1 1046 921 16,0 55 120, 124 284…297 Шестірня № 2 1088 976 16,8 51 132, 135 281…311 Шестірня № 3 1086 966 18,4 52 109, 110 280…301 Як показує конкретний приклад реалізації способу, за рахунок відмітних ознак корисної моделі сформована зона стискаючих напружень у основи зубів і отримана сорбітна структура матеріалу зубів вала-шестірні з рівномірно розподіленими карбідами, що забезпечує підвищений опір ударним навантаженням і збільшує термін служби вала-шестірні важконавантаженої відкритої зубчастої передачі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб виготовлення вала-шестірні важконавантаженої відкритої зубчастої передачі, відповідно до якого одержують заготовку зі сталі, що містить вуглець, кремній, марганець, фосфор, сірку, хром, нікель, молібден, мідь і залізо, яку піддають об'ємному загартуванню з охолодженням в маслі, після чого роблять її високе відпускання, а потім виконують механічну обробку до заданих розмірів, який відрізняється тим, що сталь для заготовки виробляють з наступним вмістом компонентів, ваг. %: вуглець 0,35-0,4 кремній 0,27-0,37 марганець 0,65-0,8 фосфор ≤ 0,03 сірка ≤ 0,03 хром 0,9-1,1 нікель 3,0-3,3 молібден 0,325-0,4 мідь ≤ 0,3 залізо інше, при цьому охолодження при загартуванні виконують в маслі температурою 40-60 °C, а відпускання - з нагріванням до температури 615-620 °C. 20 Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3