6. Сталь марки 40х (1в)

• Марка стали: 40Х

• Метод упрочнения (термообработки): Азотирование

• Термообрабатываемая поверхность: 50к6.

• Глубина упрочняемого слоя, мм: 0.6

• Твердость: 48…53 HRC

Расшифровка марки стали 40Х

Первые две цифры в обозначении марки стали обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Значит, в моей стали 0,4% углерода. Далее расположены обозначения легирующих элементов в сплаве. «Х» указывает на содержание хрома в сплаве. Так как после буквы каких-либо цифр нет, значит содержание хрома в данной марке стали до 1%. В итоге, перед нами легированная конструкционная сталь.

Вид поставки стали марки 40Х

Вид поставки: сортовой прокат: в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006, ГОСТ 10702-78.Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77. Лист толстый ГОСТ 1577-93, ГОСТ 19903-74. Полоса ГОСТ 103-2006, ГОСТ 1577-93, ГОСТ 82-70. Поковки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 8731-74, ГОСТ 8733-74, ГОСТ 13663-86.

Применение стали марки 40Х

Оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности. Для данного варианта моей курсовой работы я выбираю вал-шестерню.

Химический состав стали марки 40Х (в %)

Углерод (C) 0,36 – 0,44 Фосфор (P) до 0,035

Кремний (Si) 0,17 – 0,37 Хром (Cr) 0,8 – 1,0

Марганец (Mn) 0,5 – 0,8 Медь (Cu) до 0,3

Никель (Ni) до 0,3 Железо (Fe) ~97

Сера (S) до 0,035

Механические свойства при Т=20°С стали марки 40Х

Сортамент	Размер	sв	sT	d5	y	KCU	Режим термообработки
	мм	МПа	МПа	%	%	кДж / м2
Пруток ГОСТ 4543-71	25	980	780	10	45	59	Закалка 860°С, масло. Отпуск 500°С, вода или масло
Поковки ГОСТ 8479-70	500-800	470	245	15	30	34	Нормализация

Физические свойства стали марки 40Х

T	E 10- 5	α  10 6	l	r	C	R 10 9
°С	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.14			7820		210
100	2.11	11.9	46	7800	466	285
200	2.06	12.5	42.7	7770	508	346
300	2.03	13.2	42.3	7740	529	425
400	1.85	14.1	38.5	7700	563	528
500	1.76	14.4	35.6	7670	592	642
600	1.64	14.6	31.9	7630	622	780
700	1.43		28.8	7590	634	936
800	1.32		26	7610	664	1100

Свойства и полезная информация о стали марки 40Х

Удельный вес: 7820 кг/м³

Твердость материала: HB 10^-1 = 217 МПа

Температура критических точек: Ac1 = 743 , Ac3(Acm) = 815 , Ar3(Arcm) = 730 , Ar1 = 693

Флокеночувствительность: чувствительна

Свариваемость: трудносвариваема. Способы сварки: РДС, ЭШС, необходимы подогрев и последующая термообработка. КТС - необходима последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием: в горячекатаном состоянии при HB 163-168 и σв=610 МПа, К υ тв. спл=1,2 и Кυ б.ст=0,95

Температура ковки, °С: начала 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.

Склонность к отпускной хрупкости: склонна

Вал-шестерня и его применение

Вал-шестерня – это самый изнашиваемый элемент грузоподъемного механизма. Ведь именно он выносит сильнейшие нагрузки, передавая крутящий момент с одного вала на другой. Поэтому вал-шестерни часто нуждаются в замене. Учитывая этот факт, вал-шестерни отличает от обычных шестерен прочность и износостойкость. Во время изготовления этого узла механизма, шестерня нарезается в теле вала. Диаметром она может быть в 2 раза больше диаметра вала, когда её размер максимальный.

Вал-шестерни бывают прямозубые, косозубые, а также, шевронные валы-шестерни. Валы-шестерни передают момент вращения с одного вала на другой. Вал-шестерня зацепляет другое зубчатое колесо, за счет чего производится передача вращающего момента от одного вала к другому. Изготовление валов-шестерен производится с целью применения их на различных производствах в редукторах и приводных механизмах.

При изготовлении зубчатых колес для реализации передачи вращающего момента, возможны 2 варианта закрепления шестерни на валу:

• вал-шестерня (шестерня и вал являются одним целым).

• насадная шестерня (шестерня крепится к валу при помощи какого-либо вида соединения).

Как несложно догадаться: с точки зрения качества, вал-шестерня обладает превосходством перед насадной шестерней в совокупности с валом. Такая конструкция является более надежной, жесткой и точной. Сегодня редукторы изготавливаются чаще на основе валов-шестерен, однако возникает необходимость применения и насадных шестерен, когда шестерня должна двигаться вдоль оси вала в процессе работы. Также использование разъемных конструкций позволяет выполнить шестерню вал из разных материалов. В некоторых случаях раздельное соединение предпочитают с точки зрения практичности, поскольку при замене сломанных деталей обе составляющие менять не приходится.

При высоких передаточных коэффициентах зубья нарезают прямо на поверхности вала. Но такое изготовление валов-шестерен относится к более сложным производственным задачам, поскольку затруднен процесс фрезерования и шлифование зубьев.

Термическая обработка стали 40Х

В данном варианте моей курсовой работы деталь из стали марки 45 проходит через азотирование. Азотирование — процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом. Азотирование впервые было предложено русским ученым проф. Н. П. Чижевским (1913 г.).

Азотирование проводится при нагреве деталей в атмосфере аммиака (NH3) при температуре 500—700° С. Целью азотирования является получение поверхности деталей высокой твердости и износостойкости или устойчивости против коррозии (антикоррозионное азотирование). Для азотирования детали нагревают в специальной герметически закрытой печи, через которую пропускают аммиак (NH3). При нагревании аммиак разлагается. Образующийся атомарный азот (N) поглощается поверхностью стали и проникает в глубь детали. Если главным требованием, предъявляемым к азотированному слою, является высокая твердость и износостойкость, то применяют сталь, содержащую алюминий. Азотирование длится очень долго — до 90 ч. что является его основным недостатком. Глубина азотированного слоя получается обычно 0,3—0,6 мм. Микроструктура азотированной специальной стали приведена на рис. 155. На поверхности образуется белый нетравящийся слой нитридов, а глубже — сорбитообразная структура. Твердость и глубина азотированного слоя зависят от температуры. Чем выше температура азотирования, тем глубже слой, но меньше твердость.

Если азотированию должна подвергаться не вся поверхность детали, а только некоторые ее части, то места, не подлежащие азотированию, предохраняются от проникновения в них азота покрытием тонким (0,01—0,015 мм) слоем олова.

Общий технологический процесс азотирования состоит из следующих операций: предварительная токарная обработка; улучшение (закалка и высокотемпературный отпуск); чистовая обработка; азотирование; окончательное шлифование.

Азотирование проводят по одноступенчатому режиму при температуре 500—520° С с выдержкой до 90 ч или по двухступенчатому режиму—при 500—520° С (15—20 ч) и при 550—570° С (20—25 ч). Антикоррозионному (декоративному) азотированию подвергают любые стали, в том числе и простые углеродистые, при температуре 600— 700° С, с выдержкой 0,5—1 ч.