Способ термической обработки цилиндрических зубчатых колес

(54)(57) 1. СПОСОББОТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХпреимущественно из л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Шепеляковский К.З, Упрочнение деталей машины поверхностнойзакалкой при индукционном нагреве.М., "Машиностроение", 1972, 261-273.2. Натанзон Е.И. Индукционныйнагрев в автомобилестроении, М"Машиностроение", 1967, с. 94-97.3. Шепеляковский К.З. и др. Индукционная поверхностная закалкадеталей подшипников качения. - "Металловедение и термическая обработка металлов", 1974, У 1, с. 17-21.ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАЗУБЧАТЫХ КОЛЕСстали пониженной прокаливаемости, включающий объемный индукционный нагрев до температуры аустенизации со скоростью5-15 С/с, охлаждение со скоростьюболее критической, до температурысамоотпуска, неграв, отпуск, прикотором наружную поверхность нагреовают до 170-190 С, и охлаждение,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения качества обработки зубчатых колес, толщина ободакоторых сравнима с высотой зуба,после аустенизации осуществляютраздельное охлаждение наружной ивнутренней поверхностей зубчатогоколеса, самоотпуск проводят в течение времени, равном длительностинагрева под закалку, а отпуск внутренней поверхности ведут при 490510 С.2. Способ по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что окончательноох аждение ведут в воде, 1087556Изобретение относится к электро-термии и может быть использовано для термообработки изделий, изготовляемых из стали пониженной прокаливаемости, например, цилиндрических 5 зубчатых колес, толщина обода которых сравнима с высотой зуба.Известен способ термообработки цилиндрических зубчатых колес, изготовленных из стали, пониженной прокаливаемости, заключающийся в индукцинном объемном нагреве колеса до закалочной температуры, последующем охлаждении его наружной поверхности до температуры самоотпуска 15 параллельным этой поверхности потоком охлаждающей жидкости и самоотпуске Г 13. К недостаткам такого способа, вслучае его применения для термообработки цилиндрических зубчатых колес,толщина обода которых сравнима свысотой зуба, следует отнести невоз"можность получения высокой прочности обода (разрушение колес при эксплуатации происходит, как правило,из-за разрыва обода) и нестабильность качества термообработки, таккак в процессе закалки не обеспечивается интенсивное охлаждение внутренней поверхности Обода потокомохлаждающей жидкости и идентичностьначальных температур самоотпускаот изделия к изделию.Известен способ термообработкизубчатых колес, изготовленных изстали пониженной прокаливаемости,заключающийся в индукционном объемном нагреве колеса до температурызакалки, последующем охлаждении егонаружной поверхности до температурысамоотпуска охлаждающей жидкостью,подаваемой из спрейера нормально кзакаливаемой поверхности, самоотпуске и последующем объемном печном нагреве зубчатого колеса с целью низкого отпуска 2 ,К недостаткам этого способа, вслучае его использования для термообработки цилиндрических зубчатыхколес, толщина обода которых сравнима с высотой зуба, следует отнестиневозможность получения высокой прочности обода термообрабатанных колес,которая объясняется тем, что. при осу ществлении операции закалки внутренняя поверхность обода не подвергается интенсивному охлаждению закалоч-,ной жидкости и остается незакаленной.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ термической обработки цилиндрических зубчатых колес, преимущественно из стали пониженной прокаливаемости, включающий объемный индукционный нагрев до температуры аустенизации со скоростью 5-15 С/с, охОлаждение. со скоростью более критической, самоотпуск, отпуск, при котором наружную поверхность нагревают до 170-190 С и охлаждение 3 1.К недостаткам известного способав случае его использования для термообработки цилиндрических зубчатых колес, толщина обода которых сравнима с высотой зуба, следует отнести невозможность обеспечения высоких прочностных характеристик обода термообработанных колес. Это объясняется тем, что скорости потоковохлаждающей жидкости, омывающих призакалке зубья колеса и внутреннюю поверхность его обода, равны, а условиятеплоотдачи - различны, т.е, равные скорости потоков обеспечиваютразличные скорости охлаждения подлежащих закалке объемов металла на наружной и на внутренней поверхностизубчатого колеса. При этом, скоростьохлаждения зубьев будет больше скорости охлаждения внутренней поверхности обода. Таким образом, еслискорость потока охлаждающей жидкости является оптимальной для зубьевколеса, т.е. обеспечивает требуемуюглубину закаленного слоя и его оптимальную структуру, для внутреннейповерхности обода она меньше оптимальной и не может обеспечить нитребуемой глубины закаленного слоя,ни его оптимальной структуры и механических свойств(этот слой даже может иметь структуру неполной закалки) .Таким образ ом, недостатком известного способа, в случае применения его для термообработки зубчатых колес, толщина обода которыхсравнима с высотой зуба, являетсянизкое качество термообработки,не обеспечивающее высокой общейконструктивной прочности зубчатогоколеса,Целью изобретения является повышение качества обработки зубчатыхколес.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термической обработки цилиндрических зубчатых колес, преимущественно из стали пониженной прокаливаемости, вклю чающему объемный индукционный нагревдо температуры аустенизации со скоростью 5-15 С/с, охлаждение со скооростью более критической до температуры самоотпуска, нагрев, отпуск,1 О при котором наружную поверхность нагревают до 170-190 оС и окончательное 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. 20Причем окончательное .охлаждение ведут в воде.Применение самоотпуска после закалки с интенсивным водяным охлаждением предотвращает появление трещин на детали в период между окончанием закалочного охлаждения и началом низкотемпературного отпуска. При температуре самоотпуска ниже 150 Со повышается опасность трещинообразо- ЗО вания на закаленных поверхностях. При остаточной температуре самоотпуска на детали выше 170 С возникает возможность неполного превращения аустенита в мартенсит при охлаждении под закалку.Осуществление нагрева до температуры отпуска на внутренней поверхности обода зубчатого колеса с одновременным нагревом под низкий отпуск 40 его наружной поверхности обеспечивает распределение твердости, обуславливающее достижение высокой общей конструктивной прочности цилиндрических зубчатых колес, толщина 45 обода которых сравнима с высотой зу.ба.При температуре отпуска ниже490 С возрастают прочностные свойства термообработанного слоя на внут ренней поверхности зубчатого колеса и падают его пластические свойства, что нарушает их оптимальноесочетание.При температуре отпуска выше510 С возрастают пластические свойства термообработанного слоя на внутренней поверхности зубчатого колеса и падают его прочностные свойства, что нарушает их оптимальное сочетание.П р и м е р. Производят термообработку сателлита, изготовленного из стали 55 ПП и имеющего обод толщиной, равной 1,1 от высоты зуба. Мощность источника питания, использованного для термообработки сателлита, 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 60+1 с,конечная температура .нагрева сателлита 850+ 10 С. Охлаждение сателлита послеонагрева 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 14+1 м/с, а скорость потока омывающего поверхность зубьев 10+1 м/с. Время охлаждения до начальной температуры самоотпуска (160+10 С) 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 18010 С, температура нагрева внутрренней поверхности обода 500+10 оС. После операции отпуска сателлит охлаждают в течение 60 с водой, подаваемой из спрейера.Металлографические исследования и стендовые испытания (циклические) на усталостнуюпрочность 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 НЕС, микро- структура - мелкоигольчатый мартен" сит. Глубина термообработанного слоя на внутренней поверхности обода сателлита 2,0-2,5 мм, твердость тер1087556 Составитель А.ДенисоваТехред Ж,Кастелевич Корректор Л.Тяско Редактор Н.Джуган Заказ 2587/24 Тираж 540 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 мообработанного слоя 38-40 НКС, микроструктура - тростит отпуска, Долговечность сателлитов, термообработанных по указанной технологии, составивила (2,0-2,5)10 циклов до раэру щения (долговечность сателлитов серийного производства (2,5-5,0)10 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 стальпониженной прокаливаемости, что снижает себестоимость изделия. Использование стали пониженной прокаливаемости, в свою очередь, также позволяет применить одновременную термообработку зубчатого колеса вместообщераспространенной в настоящеевремя термообработкн "впадина завпадиной" или "зуб эа зубом", чтов 5-6 раз позволяет повысить производительность труда,Ожидаемый годовой экономический эффект от использования предлагаемого способа термообработки при про 1 иэводстве сателлитов трактора Кировец" составляет 350 тыс, руб,