Динамо-машины  Применение индукционного нагрева 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

Детали скололись два зуба и бершина одного зуба, на Другой Детали скололось восемь зубьев. Химический состав деталей соответствует марке стали 45Х по ГОСТ 4543-71.

Твердость цементованного слоя первой детали HRC 56-57, сердцевины HRC 45. На второй детали слой т. в. ч. имеет HRC 49-50, сердцевина -НВ 277. Макро- и микроструктура показывают, что на второй детали глубина закаленного слоя т. в. ч. по впадине составляет 4 мм, на зубьях выявились трещины закалочного характера (рис. 41, б). Микроструктура слоя, закаленного т. в. ч., -мартенсит, сердцевины -сорбит с участками феррита. Микроструктура цементованного слоя - мартенсит, глубина цементации 1,5 мм, микроструктура сердцевины -низкоуглеродистый мартенсит.

Скалывание зубьев на второй шестерне произошло из-за наличия на детали закалочных трещин. Обе шестерни -сопрягаемые, попадание обломков зубьев от одной детали привело к разрушению зубьев другой. Трещины идут по полотну детали с выходом на впадину зуба. Основная трещина направлена под углом к поверхности на глубину 12 мм; края ее сильно обезуглерожены.

Структура материала -сорбитообразная, соответствует закаленному и отпущенному состоянию. Структура имеет ярко выраженную полосчатость, характерную для стали, содержащей большое количество неметаллических включений. Трещины на образце появились до закалки и отпуска. Их обнаружение сопряжено с большими трудностями на всей технологической линии, особенно если прокат идет со стороны. Детали с таким характером разрушения имеют трещины прокатного происхождения, так как направлены радиально, обезуглерожены и забиты окалиной.

Исследован клапан, разрушенный после испытаний на стенде. Разрушение произошло по диаметру 12 мм в районе сопряжения с торцом рабочего конуса. Химический состав клапана соответствует стали марки 3X13.

Твердость закаленной т. в. ч. поверхности HRC 45-47, закалка сквозная, твердость сердечника HRC 22. Твердость в месте разрушения HRC 37, на расстоянии 2 мм от торца HRC 45. В изломе рабочего конуса поверхности по центру имеется трещина, которая начинается в центровом отверстии. Поверхность трещины окислена.

Твердость, глубина и распределение закаленного слоя соответствуют техническим требованиям чертежа.

Причиной разрушения детали явилась конструктивная недоработка. В месте резкого перехода с диаметра 12 мм на рабочий конус получилось ослабленное сечение. По результатам закалки и металлографических исследований конструкция детали была изменена так, что стала иметь плавный переход с диаметра 12 мм на рабочий конус с допуском подкалки на границе перехода. Разрушения детали прекратились. 118

Втулка с двумя сопрягаемыми осями разрушена на тракторе после проработки 6000 мото-ч. Втулка изготовлена из стали марки 40Х, термически обработана до НВ 388-321, а внутренняя поверхность втулки подвергнута хромированию. Внешний осмотр втулки показывает (рис. 42), что внутренняя рабочая поверхность ее окислена до темного цвета. Хромирование имеется только на участках /С, М, Я, Л, на остальной поверхности П хромирование отсутствует. На наружной цилиндрической поверхности (рис. 43) осей имеются дефекты типа вмятин. Структура закаленного слоя

Рис. 42. Внешний вид поверхности втулки: участки А, К, М, Н - хромированные; поверхность П - хромирование отсутствует

Рис. 43. Внешний вид осей с дефектами - вмятинами

осей с нагревом т. в. ч. - мартенситно-трооститная, глубина 3,0-5,0 мм.

При изготовлении микрошлифов втулки обнаружено, что хромированный слой (рис. 44) колеблется в пределах 0,01 - 0,03 мм. Твердость сердечника осей НВ 248. Твердость поверхности, закаленной т. в. ч., на исследованных осях HRC 54-56. Твердость втулки со стороны торца НВ 285, твердость наружной поверхности НВ 285, внутренней - НВ 285. Микротвердость хромированного слоя измерялась на приборе ПМТ-3 при нагрузке 20 тс и колебалась в пределах HV 645-780. В результате анализа выявлено, что при эксплуатации трактора после 6000 мото-ч произошел полный износ хромированного слоя на рабочей поверхности втулки Я, что послужило причиной образования вмятин на поверхности осей. Дефекты, обнаруженные на осях, не связаны с качеством материала и его термической обработкой.

Из приведенных примеров видно, что характер возможных разрушений при заданных твердости и микроструктуре деталей разнообразен и должен учитываться при выборе технологического процесса обработки. Для деталей простых и сложных форм связь между частотой электромагнитного поля, коэффициентом мощности и напряжением на индукторе имеет общий характер при нагреве т. в. ч. для закалки и других способов. При поверхностной закалке с нагревом т. в. ч. должно учитываться свойство экспоненциальной зависимости проникновения плотности тока от поверх-

Рис. 44. Микроструктура втулки

ности детали вглубь, что вызывает неравномерное распределение теплового потока по сечению детали. Исходя из этого определяют среднюю плотность тока, приходящуюся на слой металла, равный глубине проникновения тока на данной частоте. И по ней в соответствии с известными соотношениями находят удельную мощность, достаточную для обеспечения условий закалки заданной марки стали. Скорость нагрева т. в. ч. при закалке высокая, поэтому удельная поверхностная мощность, выделяемая в стали, составляет 1000-2000 Вт/см

Активная длина токопровода, величина зазора между индуктором и нагреваемой деталью оказывают влияние на свойства стали при термообработке.

16. Изменение свойств стали в зависимости от термообработки

Влияние различных видов термообработки на механическую прочность тракторных деталей в конечном итоге сказывается на нормативном и максимальном моторесурсе трактора.

Стендовым испытаниям с последующими металлографическими исследованиями были подвергнуты полуоси трактора К-701 с целью определения влияния различных видов термообработки на их циклическую прочность . Первоначально после штамповки было изготовлено 19 опытных деталей, материал -сталь 60С2ХА; после механической обработки детали прошли ускоренный отжиг. Наиболее характерные результаты исследований для некоторых образцов представлены в табл. 14. По химическому составу все образцы соответствуют стали 60С2ХА.

Твердость деталей, подвергнутых объемной закалке, НВ 415-341. Твердость деталей с поверхностной закалкой т. в. ч. по закаленному слою равна HRC 50-58, по сердечнику НВ 269-229. В обоих случаях закалки на поверхности образцов создаются остаточные растягивающие напряжения. Основным местом зарождения трещин является шлицевая часть диаметром 59,3 мм, на которой имеются концентраторы напряжений в виде шлицев, здесь же - наибольшие растягивающие напряжения.

По действующей серийной технологии полуоси проходят объемную закалку с отпуском в проходных электропечах с последующей накаткой или без нее. Эти полуоси имеют характер разрушений (рис. 45) такой же, как и при объемной закалке с нагревом т. в. ч. В обоих случаях более вязкий излом соответствует более высокому уровню циклической прочности.

В процессе поверхностной закалки т. в. ч. на поверхности детали создаются сжимающие напряжения, уровень которых определяется глубиной и структурой закаленного слоя и свойствами сердечника.

Вследствие технологических особенностей и принятой конструкции одновиткового индуктора при поверхностной закалке т. в. ч. в ходе эксперимента наибольшие остаточные сжимающие напряжения должны быть на диаметре 47 мм. На участке 0 60 мм глубина закаленного слоя увеличилась, что привело к уменьшению сжимающих остаточных напряжений. На участке 0 59,3 мм глубина закаленного слоя меньше, чем на участке 0 60 мм, а остаточные сжимающие напряжения больше (рис. 46). Следовательно, при поверхностной закалке т. в. ч. основным очагом зарождения трещин является не концентратор -конструктивный шлиц с диаметром 59,3 мм, а шейка на участке 0 60 мм, где наблюдаются минимальные остаточные сжимающие напряжения.

Основные работы по исследованиям выполнены под руководством А. Н. Каца.

ГЗ Таблица

14. Результаты испытаний на циклическую прочность полуоси для разных видов термообработки