Файл: Б.И. Коган Технологические методы снижения деформаций про изготовлении зубчатых колес.pdf

8

фаз, а следовательно, мартенсита. Плита может находиться в воздуш-

ном или масляном баке. Деталь помещают на плиту при температуре, которая несколько выше температуры начала мартенситного пре-

вращения. Охлаждение до этой температуры может проводиться различными способами в зависимости от материала и геометрии деталей. Указанный метод закалки целесообразно применять в мелкосерийном или единичном производствах.

Одним из направлений уменьшения деформаций является умень-

шение разности температур между нагретым объектом и охлаждаемой средой в процессе окончательной термической обработки. Это осуществляют с помощью подстуживания перед закалкой, закалки в горячей среде, ступенчатой закалки и изотермической закалки в солях.

Так, для цементации при температуре 930-950 °С при углеродном потенциале 0,8-0,9 рационально подстуживание до температуры 860-870 °С. Такой режим подстуживания одновременно целесообразен для снижения устойчивости переохлажденного аустенита легированных сталей, в том числе и хромоникелевых сталей.

Значительное снижение деформации обеспечивается закалкой в горячих средах (160-200 °С). Такая закалка уменьшает скорость охлаждения в требуемом интервале мартенситного превращения и выравнивает температуру по сечению детали, способствует большей одновременности превращения аустенита в мартенсит во всем объеме детали, снижая при этом тепловые напряжения микрообъемов. По данным фирмы «Мак» (США), шестерни со шлицевыми отверстиями диаметром 30-50 мм после цементации и непосредственной закалки в горячем масле (температура масла до 170-180 °С) дают усадку в весьма узком диапазоне – от 0,025 до 0,07 мм, что позволяет скорректировать размер втулки.

Для улучшаемых сталей температура масла должна быть в пределах 110-130 °С, для цементуемых при закалке в холодном масле – 50-80 °С. На ОАО «ВАЗ» при химико-термической обработке применяют три типа масел: с температурным интервалом 40-80, 100-140 и 160-180 °С.

В последнее время начали использоваться различные новые охлаждающие среды со специальными присадками на водной основе. Разработаны газовые, паровые, воздушные (туманообразные) среды и присадки, в частности «Аква-Пласт», «Аква-Квенч» (США), а также закал-

ка в жидком азоте, в псевдосжиженном (кипящем) слое, в маслах с

9

высокой охлаждающей способностью. В ОАО «Ярославский моторный завод» применяется созданная полимерная закалочная среда ЗПС-1 для поверхностной закалки деталей из легированных сталей с душевым охлаждением.

В табл. 1 даны примеры влияния некоторых технологических параметров окончательной термической обработки на коробление и деформацию шестерен. Анализ этих данных показывает, какие огромные резервы заложены только в технологии окончательной термической обработки деталей.

Таблица 1 Примеры технологического воздействия, направленного на снижение

деформации деталей типа шестерен

*БДО – биение делительной окружности; МЦР – межцентровое расстояние шестерен в зацеплении; ДВО – диаметр внутреннего отверстия.

**Эллипсность отверстия.

Для процессов химико-термической обработки или других процессов термической обработки, связанных с изменением химического состава поверхности, важнейшим технологическим параметром, определяющим склонность к деформации и короблению, является стабилизация химического состава и структуры насыщенного слоя. Для цементации, нитроцементации и карбонитрирования интегральным показателем является прокаливаемость насыщенного слоя.

Основным направлением совершенствования процессов высокотемпературной цементации или нитроцементации с целью снижения

10

уровня деформаций является разработка систем автоматического регулирования основных параметров процесса (температуры, газовой среды, времени) на базе современной микропроцессорной техники.

Непосредственная закалка после цементации способствует уменьшению коробления. Этому же способствует изотермическая выдержка при температуре 650-850 0С (сталь 20Х2Н4А) при закалке от температур цементации, обработка холодом, низкотемпературный отпуск, т.е. при химико-термической обработке действуют те же основные закономерности, что и при обычной термической обработке

(табл.1).

Низкотемпературные процессы термической обработки, такие как азотирование, цианирование, сульфоцианирование, положительно влияют на уменьшение деформации.

Внастоящее время низкотемпературная нитроцементация или

карбонитрирование (560-570 0С) вытесняют классическое азотирование. По данным НИИТавтопрома, более 300 автомобильных фирм применяют этот процесс. Однако весьма перспективными остаются мето-

ды ионного азотирования или ионного карбоазотирования. Применение индукционного нагрева представляет собой интерес с

точки зрения уменьшения закалочной деформации многих распространенных видов деталей. Использование индукционной поверхностной закалки с целью уменьшения коробления и деформации прежде всего связано с уменьшением объема нагреваемого металла, а следовательно, снижением доли объемных термических напряжений. Данный способ нагрева позволяет осуществлять индивидуальную по детали или по однотипным элементам детали обработку и этим существенно стабилизировать процесс. Например, в ОАО «Горьковский автозавод» закалку цементованных зубчатых колес после глубинного нагрева токами высокой частоты осуществляют в потоке масла. Закалка способом «зуб на зуб» вызывает наименьшее коробление и по абсолютной величине и по рассеиванию результатов.

Подача охлаждающей жидкости под давлением в зазор между индуктором и деталью дает возможность стабилизировать условия охлаждения, а значит, и разброс по деформации шестерен.

ВОАО «Электростальский завод тяжелого машиностроения» пе-

ред цементацией проводят специальную предварительную термическую обработку зубчатых колес из стали 12ХН3А и 20Х2Н4А. Иссле-

дования показали, что нельзя получить надежную зависимость дефор-

11

мации готовых изделий, в частности, от предварительной термической обработки, если деталь подвергают неконтролируемой механической обработке, значительной по объему и разнообразной по типу резания. Поводки, возникающие при снятии поверхностных слоев механической обработкой, например, у мягких материалов, могут вызываться даже малыми остаточными напряжениями.

Соотношение между процессами наклепа и возврата свойств определяется устойчивостью исходной структуры, созданной предварительной термической обработкой, а также способностью структуры претерпевать фазовое превращение непосредственно в процессе механической обработки при заданных режимах резания и инструменте.

Структурные изменения в поверхностных слоях детали, вызванные механической обработкой, зачастую оказываются столь серьезными, что последующие операции механической обработки не обеспечивают нужного качества поверхности при данной геометрии детали. Это обстоятельство является важным с точки зрения влияния предварительной механической обработки и холодной пластической деформации на изменения размеров детали при последующей фазовой перекристалли-

зации. Таким образом, снятие наклепа, вызванного предварительной механической обработкой, и получение равновесных и однородных структур по сечению можно считать достаточно известным способом снижения деформации после термической и химико-термической обработок.

Выявленная «технологическая наследственность» между операциями предварительной термической обработки, механической обработки и окончательной термической обработки характеризуется напряжениями, формирующимися на поверхности детали в процессе ее изготовления. Знак и величина напряжений зависят от устойчивости исходной структуры к упрочнению при деформации и тепловым процессам, возникающим при последующей механической (холодной или горячей) обработке. Работы, выполненные в ОАО «ЗИЛ», подтвердили преемственность между исходной структурой и предварительной термической обработкой, с одной стороны, и предварительной и окончательной термической обработками – с другой. В связи с этим имеет смысл выделение трех основных направлений использования предварительной термической обработки. Эту обработку проводят, во-первых, с целью подготовки основной структуры матрицы, во-вторых, для получения определенной субструктуры и наследуемой при последующих нагреве и за-