Термическая обработка зубчатых колес

Для обеспечения высокой твердости и прочности стальные зубчатые колеса подвергают различным видам окончательной термической обработки. Основная цель любого вида термической обработки зубчатых колес состоит в обеспечении твердой, износо­стойкой поверхности зуба при сохранении мягкой и вязкой сердце­вины для восприятия ударных нагрузок.

Закалка. Все процессы термической обработки, предназначен­ные для повышения твердости, включают операцию закалки. Операция закалки заключается в быстром охлаждении зубчатого колеса для получения твердой мартенситной структуры. Средами для закалки являются воздух, вода, масло и соляный раствор. Воздух обладает более низкой скоростью охлаждения, а соляный раствор - наиболее высокой.

Химико-термическая обработка характеризуется изменением химического состава поверхностного слоя зубьев зубчатых колес в результате насыщения стали углеродом или другими элементами из внешней среды с последующей закалкой и отпуском.

К основным видам химико-термической обработки относятся цементация (науглероживание) - газовая (в жидком и твердом карбюризаторе), нитроцементация и др. Во время цементации происходит насыщение поверхности, подлежащей закалке, угле­родом. Увеличенное содержание углерода в стали позволяет по­лучить высокую твердость и износостойкость после закалки. В крупносерийном и массовом производстве, особенно для об­работки автомобильных зубчатых колес, наиболее часто приме­няют цементацию и нитроцементацию в газовой среде.

Газовая цементация. При газовой цементации зубчатые ко­леса нагревают до температуры 890-960 °С в атмосфере, содер­жащей углеродистые газы. Время нахождения зубчатого колеса этой среде определяет глубину цементованного слоя. Обычно газовую цементацию используют для получения слоев цементации в стали глубиной 1-2 мм, но ее можно применять и для малых слоев, начиная с 0,1 мм. Широкое распространение в промыш­ленности имеет газовая цементация в печах непрерывного дей­ствия с непосредственной закалкой (стали типа 25ХГТ, 25ХГНМ, 20ХНМ). Этот технологический процесс механизирован и ав­томатизирован, обеспечивает высокое качество при сравнительно коротком цикле обработки.

Зубчатые колеса из высоколегированной стали типа 12Х2Н4А и 18Х2Н4ВА не могут обрабатываться непосредственной закал­кой, так как после закалки образуется остаточный аустенит, в результате чего твердость на поверхности снижается. При об­работке колес из указанной стали после цементации и охлажде­ния производят повторный нагрев с последующим охлаждением. Газовая цементация экономичнее, быстрее и чище цементации в твердом карбюризаторе и дает более однородные результаты цементованного слоя. При газовой цементации возможна более точная регулировка глубины и содержания углерода и мини­мальная деформация.

Нитроцементация. Этот процесс аналогичен газовой цемента­ции. Различие заключается в том, что насыщение поверхности зубчатого колеса осуществляется углеродом и азотом при тем­пературе ниже, чем при газовой цементации (820-860 °С). В ре­зультате газовой нитроцементации поверхность получается тверже, чем при газовой, и обладает большей износостойкостью. По сравнению с газовой цементацией продолжительность цикла обработки короче, благодаря чему деформация зубчатых колес меньше. Глубина слоя при газовой нитроцементации примерно 0,9 мм и менее.

Азотирование производится при температуре 500-560 °С в ам­миаке. Аммиак при этой температуре распадается на азот и во­дород. Азот соединяется с некоторыми лигирующими элементами стали, образуя нитриды, имеющие высокую твердость. Алюминий является наиболее сильным элементом, соединяющим нитрид. Для азотирования применяют и другие стали, легированные хромом, ванадием и молибденом. Азотирование обеспечивает повы­шенную износостойкость, более высокий предел усталости и мень­шую деформацию по сравнению с другими методами химико­термической обработки. Глубина азотированного слоя от 0,1 до 0,9 мм достигается в течение 10-100 ч.

[8]