Конические зубчатые колеса диаметром 50 мм в электротележке работают в условиях динамических нагрузок и повышенного износа. По требованию конструктора сталь должна обладать высоким сопротивлением вязкому и хрупкому разрушению изделия в сердцевине. (Решение → 17302)

Заказ №38657

6.6. Конические зубчатые колеса диаметром 50 мм в электротележке работают в условиях динамических нагрузок и повышенного износа. По требованию конструктора сталь должна обладать высоким сопротивлением вязкому и хрупкому разрушению изделия в сердцевине. Выберите углеродистую цементуемую сталь, укажите состав, рекомендуйте режим термической обработки для получения максимальной вязкости в сердцевине изделия, если цементация выполняется в твердом карбюризаторе. Одновременно для сравнения укажите режим химико-термической обработки и в газовой среде. Укажите механические свойства стали в сердцевине изделия и твердость на поверхности после окончательной термической обработки и объясните, целесообразно ли применение для этой цели стали обыкновенного качества.

Выберем углеродистую цементуемую сталь 15. Пониженное содержание углерода в данной марке обеспечит получение максимальной вязкости в сердцевине изделия при одновременно твердом и прочном поверхностном слое.

Сталь 15 по химическому составу углеродистая (содержит 0,15 % углерода); по качеству – качественная, по степени раскисления – спокойная, по структуре – доэвтектоидная, по назначению – конструкционная (цементуемая). Химический состав стали 15 представлен в табл. 6.1.

Таблица 6.1 – Химический состав стали 15 C Si Mn Ni S P Cr Cu As 0.12 - 0.19 0.17 - 0.37 0.35 - 0.65 до 0.3 до 0.04 до 0.035 до 0.25 до 0.3 до 0.08

Использование в промышленности: болты, винты, крюки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой пластичности и работающие при температуре от –40 до 450 °С; после ХТО – рычаги, кулачки, гайки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и невысокой прочности сердцевины.

Для получения необходимого комплекса эксплуатационных свойств (высокой твердости поверхности и сохранения вязкой сердцевины) сталь 15 подвергают цементации (газовой или в твердом карбюризаторе), закалке и последующему низкому отпуску.

Исходная структура стали 15 – феррит и перлит (рис. 6.1).

Температура критических точек стали 15, оС: Ac1 = 735, Ac3(Acm) = 860, Ar3(Arcm) = 840, Ar1 = 685.

Рисунок 6.1 – Структура доэвтектоидной стали 

Цементация – вид химико-термической обработки стали, который заключается в диффузионном насыщении поверхности изделий углеродом при нагревании в науглероживающей среде.

Назначение цементации и последующей термической обработки – придать поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повысить предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе при сохранении вязкой сердцевины. Эти свойства достигаются обогащением поверхностного слоя стали углеродом и последующей термической обработкой.

Различают 2 вида цементации – газовую и цементацию в твердом карбюризаторе. Предпочтение следует отдать газовой цементации, т.к. она обладает рядом преимуществ: позволяет осуществлять закалку непосредственно с цементационного нагрева (после подстуживания), менее трудоемкий процесс, появляется возможность регулирования процесса для получения цементованного слоя заданной глубины и насыщенности и т.д.

В случае использования твёрдого карбюризатора цементация проводится при температурах 900—920 °С, при газовой цементации (газообразный карбюризатор) — при 850—900 °С (рис. 6.2).

Рисунок 6.2 – Участок диаграммы Fe-Fe3C