Способ изготовления зубчатых колес из высокопрочного чугуна

(56) Экспресс-иноборудование лит19, 1980, с,14 - 26,о тся к машиност оеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР%27еский институт АН БССР А, И, Покровский, В.А.ТиН,И.Бестужевормация Технология и йного производства, М Изобретение относи Р нию, 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 высоко- прочного 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 2(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 ин10 должно находится в пределах 0,7 - 0,8, наблюдается текстурированность чугуна,20 25 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 включенийграфита и волокон металлической матрицывдоль 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 25- 300 , В то же время у вершины зуба, где обеспечивается степень деформации на уровне 0,4 - 0,5, количество остаточного аустенита составляет 10 - 150 . Слабо деформированные включения графита, располагающиеся вдоль эвольвенты зуба., обеспечиваютвысокие 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,П р и м е р. 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 ци 40 45 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 по высоте зуба шестерни достигается расчетом размеров заготовки и количеством штамповочных переходов. Охлаждение 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 Ох примерно одинакова для всех точек, лежащих на этом диаметре, степень обжатия в различных сечениях зуба определяют расчетным путем по известной формулеЬагшестЯзаггде Бзаг - площадь сечения заготовки;Эшафот - площадь сечения шестерни, ограниченная текущим диаметром ОхПараллельно 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 микроструктур- ного 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 в 4 усталостную прочность чугуна, Кроме того, уменьшаются величины припусков на механическую обработку и улучшаются условия труда при получении заготовок.Формула изобретенияСпособ изготовления зубчатых колес из высокопрочного чугуна, включающий получение литых заготовок, механическую обработку и изотермическую закалку, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества иэделий и производительности процесса за счет повышения усталостной прочности и сокращения цикла изотермической закалки, перед последней производят1748912 формообразование зуба путем горячего ни деформации 0,7 - 0,8 у его основания ипластического деформирования при степе,4 - 0,5 у вершины,Степень дееормации Реюю терчицеской обработки Иеханические свойстваСпособ изготовления зубчатого колесаПри- мер верщима основазуба ние зуба Нт, НПа ве 1 Фи оснона зу- ванне ба зуба Способ. прототип Нзотермическаязакалка:1.Нагрев довыдервка 5 Э 5 260 900 С60 мин 35 15 350 460 25 10 340 476.Зыдерщка в соля" нои ванне прм Э 50 С Предлагаемыйспособ Нзотермицескзакалка:1.Нагрев довыдерика 6 30 40 300 460 15 30 340 582 0,75 0 0 С,мнн85 фекты в виде трещин на порхности изделия 0,8 Нагрев д,55 дюймаРОЮТ 0 С 0,45оля"и0,450,450,350,40 0,70 0,65 0,75 0,75 Продолкнтельнос ть изотермнцеской выдервки,цас Содерщание остатоцного