Способ изготовления зубчатых колес

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Моисеенко Владимир Иванович Папковский Петр Иванович Шкатуло Наталья Дмитриевна Шишко Сергей Александрович Харитончик Дмитрий Иванович Мариев Павел Лукьянович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Способ изготовления зубчатого колеса, включающий получение заготовки из низкоуглеродистой стали, формообразование зубчатого колеса, его химико-термическую обработку и отпуск, отличающийся тем, что используют сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, никель, алюминий, ванадий, молибден, хром и железо при следующем соотношении компонентов, мас.углерод 0,17-0,22 кремний 0,07-0,37 марганец 0,40-0,60 никель 3,90-4,20 алюминий 0,80-1,20 ванадий 0,10-0,15 молибден 0,40-0,60 хром 0,40-0,60 железо остальное,заготовку получают путем центробежного электрошлакового литья стали с добавлением в нее бескремниевой комплексной лигатуры с редкоземельными элементами и последующей термообработки путем нормализации, отпуска с нагревом до 690 и охлаждением воздухом, закалки с нагревом до 860 и охлаждением маслом, отпуска с нагревом до 690 и охлаждением до 580 воздухом, далее водой, химико-термическую обработку зубчатого колеса осуществляют путем ионного азотирования, а отпуск осуществляют путем нагрева до 620 и охлаждения до 580 воздухом, далее водой. 9749 1 2007.10.30 Предлагаемое техническое решение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления высоконагруженных крупногабаритных зубчатых колес, преимущественно с внутренним зацеплением. Особенность высоконагруженных крупногабаритных зубчатых колес для машин большой единичной мощности состоит в необходимости обеспечения их долговечности при сверхмногоцикловой усталости. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу аналогом, принятым за прототип, является способ изготовления зубчатых колес, включающий их формообразование из малоуглеродистой стали, содержащей углерод, кремний, никель, марганец, алюминий, медь, железо, цементацию зубчатого колеса, охлаждение и последующую термообработку зубьев колеса (А.с. СССР 1437410, МПК С 22 С 38/16,21 1/78, 1988). Однако данный способ применим в основном для колес с внешним зацеплением зубьев. Для крупногабаритных зубчатых колес с внутренним зацеплением проблемным является вопрос об обеспечении в них геометрических параметров после цементации, так как финишная обработка колес указанного класса затруднена, а также о свойствах металла в объемах, принадлежащих внутренней усадочной раковине, так как это обстоятельство определяет несущую способность колес. Задача предлагаемого технического решения состоит в обеспечении долговечности высоконагруженных крупногабаритных зубчатых колес с внутренним зацеплением путем снижения деформации колес и достижения в них однородности распределения нагрузок и напряжений при одновременном увеличении твердости сердцевины зубьев. Поставленная задача осуществляется способом изготовления зубчатого колеса, включающим получение заготовки из низкоуглеродистой стали, формообразование зубчатого колеса, его химико-термическую обработку и отпуск, причем согласно техническому решению используют сталь, содержащую углерод, кремний, марганец, никель, алюминий,ванадий, молибден, хром и железо при следующем соотношении компонентов, мас.углерод 0,17-0,22 кремний 0,07-0,37 марганец 0,4-0,6 никель 3,9-4,2 алюминий 0,8-1,2 ванадий 0,1-0,15 молибден 0,4-0,6 хром 0,4-0,6 железо остальное,заготовку получают путем центробежного электрошлакового литья с добавлением в нее бескремниевой комплексной лигатуры с редкоземельными элементами и последующей термообработки путем нормализации, отпуска с нагревом до 690 С и охлаждением воздухом, закалки с нагревом до 860 С и охлаждением маслом, отпуска с нагревом до 690 С и охлаждением до 580 С воздухом, далее водой, химико-термическую обработку зубчатого колеса осуществляют путем ионного азотирования, а отпуск осуществляют путем нагрева до 620 С и охлаждения до 580 С воздухом, далее водой. Делегирование стали никелем до 4 по сравнению с 1,5 в составе стали прототипа позволяет обеспечить упрочнение поверхности и бездеформационное твердение сердцевины без потери вязкости. Стали, содержащие алюминий, характеризуются высокой твердостью на поверхности и высоким сопротивлением истиранию. Однако алюминийсодержащие стали склонны к отпускной хрупкости. Введение молибдена позволяет уменьшить этот недостаток. Введение в никельалюминиймолибденовую сталь ванадия позволяет получить более пластические свойства наряду с повышением твердости. 2 9749 1 2007.10.30 Применение центробежного электрошлакового литья позволяет получить литые кольцевые недеформированные заготовки при производстве крупногабаритных зубчатых колес и увеличить плотность материала. Бескремниевые лигатуры с редкоземельными элементами обладают модифицирующим эффектом на макро- и микроструктуру отливок,повышают плотность металла и его азотируемость. Азотирование крупногабаритных зубчатых колес с внутренним зацеплением приводит к увеличению твердости сердцевины и практически исключает деформации при термоупрочнении. Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером. Мелкокусковые отходы низкоуглеродистых среднелегированных сталей переплавлялись в индукционной печи, делегировались алюминием, никелем, молибденом и ванадием по типовой технологии с разливкой в металлические или сухие песчаные формы. Методом электрошлакового переплава полученные отливки (электроды) переплавлялись с добавлением бескремниевой комплексной лигатуры с редкоземельными элементами, например церием. Расплавленный металл выливался в центр вращающейся формы с постоянным увеличением скорости вращения до необходимого числа оборотов. Температура формы непосредственно перед закалкой составляет 100200 С. После затвердевания отливки она извлекалась из формы и подавалась на термообработку по режиму нормализация 920 С, высокий отпуск 690 С, охлаждение воздухом, закалка 860 , охлаждение маслом, высокий отпуск 690 , охлаждение воздухом до 580 С, далее охлаждение водой. Далее проводилась окончательная механическая обработка полученной заготовки. Формообразование зубчатого колеса осуществлялось операцией зубодолбления, затем была проведена химико-термическая обработка колеса путем ионного азотирования по серийной технологии температура 520 С, время 16 ч (нагрев и охлаждение). Отпуск после азотирования проводили при температуре 620 С в течение двух часов в атмосфере азота 3 м 3/ч. Отпуск после азотирования позволяет получить следующие параметры твердость азотированного слоя в пределах 850-1000 , толщина слоя 0,3 мм, твердость сердцевины 35-39 , ударная вязкость не менее 40 Дж/см 2. Введение бескремниевых комплексных лигатур позволяет снизить объем снимаемого металла с внутренней рабочей поверхности в 1,5 раза. Источники информации 1. А.с. 1437410, МПК С 22 С 38/16,21 1/78. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3