1. Способы нагрева деталей при то. Внутренние напряжения, возникающие при нагреве деталей при то.

ТО включает 3 основные технические операции:

1. Нагрев с определенной скоростью разных этапах до определенной температуры;

2. Выдержку для прогрева изделий или сатки и обеспечение необходимой полноты протекания фазовых и структурных превращений;

3. Определенный характер охлаждения.

При нагреве все изделие или часть его нагревается до заданной температуры, при этом в зависимости от температуры нагрева происходит то или иное изменение структуры.

Нагрев при ТО основан либо на трансформации электроэнергии в теплоту непосредственно в самом изделии, либо на передаче теплоты изделию из внешнего источника. Поэтому различают два способа нагрева деталей при ТО: непосредственного и косвенного.

При непосредственном нагреве изделие включают в электрическую цепь или помещают в переменное магнитное поле, которое индуцирует в металле вихревые токи, в результате чего происходит нагрев.

При сквозном нагреве при ТПЧ изделие нагревается одновременно во всех участках, поэтому разность температур по сечению будет малой и возможен быстрый нагрев без образования трещин. При поверхностном нагреве разность температур нагретых поверхностных и внутренних слоев может достигать 900 °С и выше, но трещин при этом не образуется.

При косвенном нагреве источник теплоты находится вне изделия. Тепловая энергия из внешнего (рабочего) пространства передается к поверхности изделий и за счет теплопроводности - внутрь изделий. Источником теплоты при косвенном способе могут быть продукты сжигания топлива, раскаленные стенки и свод печи, электронагреватели, нагретые газовые или жидкие среды (расплавы) и т.д.

Чем больше в стали углерода и специальных примесей, тем она менее теплопроводна и тем медленнее должен быть ее нагрев. Поверхностные слои металла, нагретые до высокой температуры, стремятся расшириться, этому расширению препятствуют внутренние, более холодные слои. В результате поверхностные слои будут испытывать напряжение сжатия, а внутренние - напряжение растяжения. Величина напряжений зависит от скорости нагрева: чем больше скорость нагрева, тем больше разность температур между поверхностью и сердцевиной и, следовательно, тем выше напряжения.

Величина возникающих напряжений не должна превышать допустимой, т.к. в металле могут образоваться трещины. Наиболее опасно возникновение внутренних напряжений при нагреве до температур 500...600 °С, когда металл обладает малой пластичностью. При повышении температуры возникновение внутренних напряжений неопасно, т.к. металл становится пластичным.

2. Технология то зубчатых колес. Условия работы зубчатых колес. Упрочнение объемной и поверхностно-объемной закалкой.

В современной технике используют огромное количество зубчатых колес. Лишь в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении их количество превышает 50 млн. штук. Крупнейшими производителями являются также автомобильная промышленность и станкостроение.

Условия работы зубчатых колес определяются их быстроходностью, уровнем контактных и изгибающих нагрузок. В процессе работы зубья шестерен подвергаются:

1) изгибу при однократном максимальном нагружении (резкое торможение, заклинивание) и многократных циклических нагрузках;

2) контактным напряжениям на боковых рабочих поверхностях зубьев;

3) износу боковых поверхностей (из-за попадания абразивных частиц, грязи, пыли в зону контакта), либо торцевых поверхностей зубьев при переключении передач в коробках передач.

Наряду с условиями работы при выборе технологии ТО, необходимо учитывать модуль, наружный и внутренний диаметры зубчатых колес, высота и длина зуба.

Зубчатые колеса изготавливают из поковок или отливок, зубья либо нарезают на зуборезных или фрезерных станках, либо изготавливают горячей накаткой.

Для подготовки структуры к обработке колес на металлорежущих станках и улучшения механических свойств их подвергают предварительной ТО - отжигу (полному, изотермическому) или нормализации с высоким отпуском.

Наилучшей для резания является структура после изотермического отжига по режиму: нагрев до температуры А_c3+ 50 °С, выдержка; кратковременное переохлаждение до 480...500 °С и изотермическая выдержка при 580...600 °C.

Зубчатые колеса, упрочняемые объемной и поверхностно-объемной закалкой, изготавливают из сталей 45, 40Х, 40ХН, а также из стали 55ПП (пониженной прокаливаемости).

Зубчатые колеса, работающие при низких скоростях и малых удельных давлениях изготавливают из стали марок 45, 50, 40Х, 45Г2, 50Г2 и подвергают нормализации при 850...870 °С (170. ..217 НВ) или улучшению - закалке в воде от 820…840 °С и отпуску при 520...550 °С (220...250 НВ).

Зубчатые колеса, работающие при повышенных скоростях и усилиях, но без динамических нагрузок, изготавливают из сталей марок 40ХН, 35ХМА, 38ХГН и др., в результате закалки и отпуска их твердость составляет 43.. .52 HRC.

Объемно-поверхностная закалка применяется для ТО зубчатых колес с модулем до 8 мм при их массовом производстве. Использование объемно-поверхностной закалки взамен цементации обеспечивает значительный экономический эффект.

Индукционный нагрев осуществляется в кольцевых индукторах при небольшой средней скорости нагрева в области фазовых превращений (порядка 2... 10 °С/с). При этом прогреваются насквозь зубчатый венец колеса и на глубину до 5.. .6 мм обод колеса. Время нагрева обычно составляет 20... 100 с. Охлаждают водяным душем или в масле. Время охлаждения выбирают таким образом, чтобы обеспечить самоотпуск при 200...210 °С.

В заводской практике большое распространение получила поверхностная закалка крупномодульных зубчатых колес с использованием индукционного нагрева только контактных поверхностей зуба. Может быть закалка "по впадине" и закалка «по зубу». Недостаток метода закалки "по зубу" - снижение усталостной прочности зуба, так как возникают напряжений на границе закаленного слоя и поверхности зуба.

Иногда при закалке крупномодульных зубчатых колес на некоторых зубьях на стороне, противоположной предшествующей закалке появляются трещины. Для избегания этого, применяют способ закалки "по впадине через зуб", заключающийся в следующем. Сначала проводят первую закалку "по впадине через зуб" всего колеса, затем проводят отпуск при 180...200 "С. После отпуска закаливают необработанные стороны зубьев, а затем вновь проводят низкий отпуск. При таком способе термической обработки трещины на поверхности зубьев не возникают.