Остаточное тепло звездочки после ковки и формовки закаливается непосредственно в звездочке.

Экспериментальные субъекты и методы

испытуемые

В данной работе в качестве объекта исследования используется звездочка, конструкция которой показана на рисунке 1. Звездочка имеет 21 зуб, диаметр делительной окружности приблизительно 650 мм, внутренний диаметр приблизительно 450 мм, толщину зуба приблизительно 65 мм и вес приблизительно 50 кг. Технические требования к ней: термообработка, твердость 229–302 HB (dB: 3,5–4,0), металлографическая структура 1–4 степени, размер зерна ≥5.

Методы тестирования

Оригинальный процесс изготовления звездочки:Штамповка → Изготовление заготовок → Нагрев средней частоты → Ковка → Обрезка → Отпуск → Магнитопорошковый контроль → Шлифовка → Поверхностная закалка + низкотемпературный отпуск → Магнитопорошковый контроль → Механическая обработка.

Процесс производства закалки с использованием отработанного тепла для зубчатых колес:Подготовка материала → Формирование заготовки → Среднечастотный нагрев → Ковка → Обрезка кромок → Закалка остаточным теплом → Высокотемпературный отпуск → Магнитопорошковый контроль → Шлифовка → Поверхностная закалка → Низкотемпературный отпуск → Магнитопорошковый контроль → Механическая обработка.

Материал звездочки — сталь 40Mn2, представляющая собой закаленную и отпущенную легированную конструкционную сталь с низкой закаливаемостью. Ее основной химический состав показан в таблице 1.

Таблица 1. Основной химический состав стали 40Mn2 (вес.%)

Согласно «Справочнику по термообработке», температура закалки Ac3 этого материала составляет 766℃, а рекомендуемая температура закалки — 830–870℃. На нашем заводе первоначальная ковка этого материала производилась при температуре 1150±50℃. После ковки и обрезки с помощью инфракрасного термометра была измерена температура 10 образцов после обрезки. Температура после обрезки составила приблизительно 950℃, а температура заготовки перед закалкой — приблизительно 880–910℃, что немного выше рекомендуемой температуры закалки.

В этом эксперименте детали ковали на нашем заводе с помощью электрогидравлического молота весом 13 т. После обрезки кромок на обрезном прессе их перемещали с помощью направляющей на крюк над закалочной ванной, где запускали разработанную программу закалки для завершения процесса закалки (рис. 2). Время выдержки деталей в закалочной среде составляло 5-6 минут. В качестве закалочной среды использовалась водорастворимая закалочная среда типа ZY-747 PAG, произведенная в городе Люян, провинция Хунань. Концентрация среды контролировалась в диапазоне 10%-12%, а температура среды составляла 20-45℃.

После охлаждения остаточным теплом звездочка незамедлительно транспортируется в тележку-печь на установке термообработки для высокотемпературного отпуска, чтобы предотвратить растрескивание из-за чрезмерного структурного напряжения, возникающего в процессе закалки.

Результаты эксперимента и их обсуждение

Испытание на твердость при закалке

звездочкиПосле ковки и закалки остаточным теплом были случайным образом отобраны три образца для измерения твердости после закалки (измерения проводились в трех точках под углом 120° на плоскости зуба, использовался твердомер Бринелля HB-3000), а результаты сравнивались с твердостью после закалки, полученной в исходном процессе. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2. Сравнение твердости при двух процессах закалки.

Результаты измерения твердости после закалки показывают, что по сравнению с традиционной закалкой и отпуском,звездочкиВысокая твердость после ковки и закалки обусловлена ​​высокой плотностью дислокаций в мартенситной структуре и закрепляющим эффектом мелкодисперсных карбидов, осажденных в процессе ковки, а также полным закаливанием, что приводит к более высокой твердости (более чем на 100 HB выше) по сравнению с обычной закалкой. Кроме того, разброс твердости при закалке после ковки меньше, чем при обычной закалке. Это объясняется главным образом тем, что закалка остаточным теплом после ковки улучшает закаливаемость стали, уменьшает глубину обезуглероживания, вызванного вторичным нагревом, обеспечивает равномерное закаливание и охлаждение отдельных изделий в водорастворимой закалочной среде PAG, а также эффективно и равномерно перемешивает закалочную среду, что приводит к лучшей однородности твердости.