CC BY
37
УДК 621.791
В.И. Фатеев, Н.Н. Выборнов (Тула, ТулГУ)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГОРЯЧЕГО ГИДРОПРЕССОВАНИЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Исследуется влияние высокотемпературной термомеханической обработки сталей 40ХН я 18ХГТ я способов их получения на ограниченную долговечность.
Механические свойства сталей, применяемость для изготовления деталей зубчатых передач (валы, шестерни, колеса и т. д.) во многом завися от способа получения стали, температуры начала деформации, степени деформации, режима деформации, характера и величины остаточных напряжений и многого другого.
На практике используют различные пути повышения эксплуатационных характеристик стаей, среди которых в последнее время все большее значение приобретают способы упрочнения, основанные на комбинировании термических и механических воздействий.
Высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО) стал представляет собой сочетание нагрева до температуры, соответствующей области стабильного аустенита, деформации (после определенной выдержки в аустенитной области) методом горячего гидропрессования и немедленной закалки на мартенсит.
Температура деформации при ВТМО выбирается обычно выше верхней критической точки Асз . Совмещение горячей обработки металлов давлением с термической обработкой изучали сравнительно давно, однако рассматривали ее, главным образом, как средство уменьшения затрат на повторный нагрев под закалку или нормализацию. Принципиальное отличие ВТМО от термической обработки с прокатного (ковочного) нагрева заключается в создании таких условий высокотемпературной пластической деформации и последующей закалки, при которых подавляется развитие рекристаллизационных процессов и создается структурное состояние, характеризующееся повышенной плотностью дислокаций и особым их расположением с образованием разветвленных субграниц.
Исследование влияния ВТМО на эксплутационные характеристики стаей для изготовления зубчатых колес проводили на стаж 40ХН и 18ХГТ.
Горячее гидропрессование сталей осуществлял на кривошипном прессе модели К0034 в специальном штампе. Для обогрева контейнера предусмотрена электропечь, подключенная к сети переменного тока 220 В через понижающий трансформатор. Контроль обогрева штампа осуществляется автоматически посредством термопары, зачеканенной в контейнере
и подключенной к потенциометру. Подогрев контейнера проводился до 350 - 380 оС, и данная температура поддерживалась автоматически в процессе работы. Нагрев заготовок под гидропрессование производили в двухкамерной электропечи НД-20, в нижней камере - до 800 - 820 0С, в верхней - до температуры горячей деформации. Для уменьшения потерь тепла нагрев заготовок и ж перенос осуществляли в стаканах ж электродного графита, внутренний диаметр которых равен диаметру заготовки. Горячее гидро прессование проводили в контейнерах с внутренним диаметром 0,041 м и высотой 0,08 м, для получения различной степени деформации пользовались набором матриц, что позволило получать прутки исследуемых сталей со степенями деформации е=40, 50, 65, 77, 83 и 87 %.
В данной работе все механические испытания был проведены на опытны: образцах сечением 10*10 мм, длной 55 мм и концентратором напряжений в виде надреза глубиной 2 мм, радиусом в вершине надреза 1 мм и углом раскрытия надреза 90о, вырезанных из слтков, полученных электро-шлаковым переплавом (ЭШП) с наложением пульсирующего магнитного воздействия (ПМВ) и упрочненным ВТМО с различными степенями деформации. Дл сравнения результатов параллелно проводились испытания образцов, полученных прокатом (контрольный вариант) и ЭШП.
ЭШП с наложением пульсирующего воздействия (ПМВ) проводил с целью выявления возможности дальнейшего повышения эксплуатационных характеристик сталей, дл изготовления деталей зубчатых передач за счет комбинированных упрочняющих обработок. Величина электромагнитной энергии, вводимой в расплав металла за 1 с переплава, составляла при этом 6400 Дж.
Изменение режима термической обработки оказывает существенное влияние на структуру, физико-механические и эксплуатационные свойства сталей, на характер их изнашивания и долговечность. Обычно показателем структурного состояния штамповых сталей является и твердость, обеспечиваемая соответствующими режимами термической обработки.
Для выбора оптимальных режимов термической обработки используемых марок сталей образцы, отпущенные на различную твердость, подвергались испытанию на ограниченную долговечность. Результаты испытаний представлены в виде графиков на рис. 1.
Как видно из графиков, наибольшее значение ограниченной долговечности достиается при определенных значениях твердости.
Для каждой из исследованных марок сталей можно предложить свой режим термической обработки, наиболее существенно повышающий ограниченную долговечность. Однако при выборе режима отпуска нельзя руководствоваться только полученными значениями максимальной ограниченной долговечности, так как и твердость деталей передачи предъявляются достаточно жесткие требования, обусловленные назначением
детали, характером изменения напряжений и нагрузок, вызывающих смятие, истирание, пластические деформации и т.д.
о: Ш
<з
8
1
18
05
5
о:
3:
$
5
а о
30 35
40
45
50
НРС
Рис. 1. Зависимость ограниченной долговечности от твердости и химического состава полученных прокатов (а) и ЭШП(б);
1- 40ХН, 2 - 18ХГТ
При дальнейших испытаниях для возможности сравнения результатов экспериментов все опытные образцы были термообработаньы наНЯСэ44...46. Эта твердость рекомендуется для большинства зубчатых колес, а опытные образцы: показали хорошую ограниченную долговечность, особенно после электрошлаков ого переплава.
На рис. 2 показано влияние горячего гидропрессования на ограниченную долговечность стали 40ХН.
На рис. 2 видно, что в исходном состоянии при небольших степенях деформации (є =50 и 60 %) ограниченна долговечность упрочненных образцов ниже, чем у образцов, полученных ЭШП. С увеличением степени деформации до є=77.. .83 % их стойкость выше.
5
$
О
43
а:
¥
8.
Степень деформации, %
Рис. 2. Влияние ВТМО на ограниченную долговечность стали марок 40ХН, ИЯСэ 44.46:
1 - прокат, 2 - ЭШП, 3 - ЭШП + ПМВ
При исследовании влияния горячего гидропрессования на ограниченную долговечность стаи марки 18ХГТ (рис. 3) видно, что характер влияния ВТМО на ограниченную долговечность совершенно иной. При небольших степенях деформации стойкость опытных обрацов, полученных ЭШП, выше, чем у опытных обрацов, полученных ЭШП + ПМВ. С увеличением степени деформации ограниченна долговечность обрацов ЭШП + ПМВ растет и достигает максимума при е=70 %.
¡а
г
¡3
I
5
а:
¥
3
а
<з
Степень деформации, %
Рис. 3. Влияние ВТМО на ограниченную долговечность стали марок 18ХГТ, ИЯСэ 44. ..46:
1 - прокат, 2 - ЭШП, 3 - ЭШП + ПМВ
На основании проведенных исследований влияния горячего гидропрессования на эксплуатационные характеристики сталей марок 40ХН и 18ХГТ, применяемых для изготовления деталей зубчатых передач, можно сказать, что ВТМО как комбинированный способ упрочнения может найти широкое применение. Использование фасонных матриц при горячем гидропрессовании открывает возможность изготовления целого ряда деталей (шлицевых соединений, заготовок вал - шестерня, зубчатых колес и т.д.).
Библиографический список
1. Фатеев В.И. Исследование влияния гадропрессования на эксплуатационные характеристики стаи Р6М5 / В.И. Фатеев // Международна юбилейна научно-техническа конференция «Прогрессивные методы проектирования технических процессов металорежущих станков и инструментов»: сб. - Тула: ТулГУ, 1997. - С. 56.
Получено 24.10.08.
