Болат маркасын таңдау

Кіріспе

Машинажасау өндірісінің  дамуында сапаның жоғарылығы, машиналардың ұзақ қызмет етуінің сенімділігі, металдар мен металл қорытпаларын беріктендірудің  ең арзан және тиімді әдісі, термиялық  өңдеуге тиесілі.

Термиялық өңдеу  машина бұйымдарын және құралдарды дайындаудың жалпы циклының құрама бөлігі болып табылады. Термиялық және химико-термиялық өңдеудің алғы әдістерін жасау теориясыненгізу машинажасау заводтары автомобильді, тракторлы, станокжасау және шарикоподшипникті өндірісте ерекше үлкен жетістіктерге жетіп отыр.

 Беттік шынықтырудың  әдістерінің әртүрлілігіне қарамастан, олардың барлығы, бұйымның беті  ғана қыздырылып, бетінің шынықтырылуымен  тұжырымдалады. 

Қыздыру әдістері  әртүрлі болады: а) ерітілген металдарда немесе тұздарда қыздыру; б) ацетилен-оттекті немесе газдық оттыөтың жалынымен; в) электролиттерде; г) лазердің сәулесімен; д) бұйымның беткі қабтында индукцияланатын электр тоғымен, бұл әдісте жоғары жиіліктегі тоқ шынықтырылатын бұйымның беткі қабатында индукцияланады (индукциондық немесе жоғары жиілікті шынықтыру).

Осы әдісті (индукциондық шынықтыру) машина жасауда кең қолданады.

Индукционды шынықтыру  – әртүрлі станок бұйымдарын, машина және бөлшектерді беттік бекемдеу жіне жоғары қаттылықтың ең арзан және техникалық аяқталған жолы.

Қазіргі таңда әртүрлі өндіріс салаларында кең қолданыс тапқан, индукционды қыздыру, қыздырылатын бұйымдардың жоғары өнімділігін, үнемділігін, өндірістің автоматтандырылуын, жұмыс талаптарын жақсарту және сапаның жоғарылауын қамтамасыз етеді.

Келесі шынықтырумен индукционды қыздыру болат бұйымдарын беттік бекемдеудің ең бір аяқталған және рациональді әдісі. Бірақ индукционды қыздыру, оның қолданылуын шектейтін, кейбір кемшіліктерге ие. Индукционды қыздыруды қолдану тек бұйымдардың бірдей қималарын қыздыру үшін ғана тиімді.

Күрделі пішінді  бұйымдарды қыздыруда пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК) мұндай құрылғыларда өте төмен (0,1...0,2). Бұйымдарды тесе индукционды  қыздырғанда, олардың жоғары біртекті қызуын қамтамасыз ету қиын. Индукционды  құрылғылар төмен температуралы қыздыруға жарамдылығы аз.

Қазіргі кезде  электр тотығымен қыздыру үшін, жоғары жиілікті тоқтарды қолданады.

Қалалық желілердегі  қалыпты айнымалы тоқ 50 Гц жиілікке ие және төмен жиілікті тоқтарға жататыны белгілі. 50 Гц жиіліктен жоғары айнымалы тоқтар  жоғары жиілікті тоқтарға жатады.

Металды индукциондық қыздыруға арналған жоғары жиілікті тоқты арнайы машиналы генератордан (500-ден 5000-ға дейінгі немесе тіпті 15000 Гц дейінгі жиілік) немесе шамдық генератордан (10000000 Гц жиілікке дейін) алады.

Индукционды қыздырудың негізі келесіде. Дайындама (бұйым) өндірістік немесе жоғары жиілікті тоқты әкелетін, айнымалы магнитті өрісті өткізгішке салынады. Бұл өткізгіш әдетте мыс түтікшелерінен, домалақ немесе басқа қима (қыздырылатын дайындаманың пішініне байланысты) спиралдары түрінде жинақталады және оны индуктор деп атайды. Егер бұйымның берілген температуралық өрісін алу керек болса, онда оған кез-келген басқа пішін беруге болады. Электромагнитті индукцианың нәтижесінде бұйымда, оны қыздыратын құйын тоқтар (Фуко тоқ) туындайды.

Индукционды қыздыру  үшін конструкционды болаттар қолданылады: 35, 45, У6, 35Х, 40Х, 30ХМ, 55П және тағы басқа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Болат маркасын таңдау

 Болат маркасын  таңдамас бұрын  тісті дөңгелек жұмыс істейтін жағдайды, оған әсер ететін жүктемелерді және  бұйымға қойылатын тиісті технологиялық талаптарды анықтап алған жөн.

Тісті дөңгелек орташа жүктелу жағдайында және орташа түйіспелі қысымдарда жұмыс істейді. Жалпы жағдайда тісті дөңгелектер  айналу бағыттында динамикалық дірілдеугіш жүктеме әсеріне ұшырайды. Жұмысқа қабілеттік түйіспелі шыдамдылықпен және тозуға төзімділікпен анықталады.  Бұл жағдайда тісті дөңгелектер HRC 40-50 кем болмайтын жоғары беттік қаттылыққа ие болуы керек. Сондай-ақ тісті дөңгелектерге июде қажушы беріктікке жоғары талаптар қойылады.

Ең қолайлы  термиялық өңдеу, одан кейін  өзекшенің  жеткілікті тұтқырлығы сақталуы кезінде  қатты беттік қабатты алуға болатын - бұл жоғары жиілікті беттік шынықтыру  және төменгі жұмсарту (сурет 1.1).

 

Сурет 1.1- Шыныққан қабаттың таралуы және қырықаяқтың қаттылығы

 

Тісті дөңгелектерді эксплуатациялаудың көп жылдық тәжірибесін жалпылауымен, тереңдетілген зерттеулер бірқаттар типтік ақауларды тапты. Жұмыста тістердің беті  кейде күш салынған тозуға ұшырайды, ауыспалы кернеулердің әсерлерінің нәтижесінде, сирек жағдайларда соққылардан тістер сынуы мүмкін. Берілістердің ауысуы кезінде тістің бүйірлік бұзылулары жүреді.

Тісті дөңгелектердің тозуы молекулалық ілінісуден түрпілі және оспа тәрізді болуы мүмкін. Әсіресе тісті дөңгелектерде жиі оспа тәрізді (питтинг) тозу пайда болады, соның нәтижесінде тістің бетінде соған тән дөңестер немесе  оспиндер алынады. Бұл тісті дөңгелектердің жұмыс істеуі кезінде тіс бетіндегі қысудың күшті ауыспалы кернеулерінің әсерімен түсіндіріледі. Бірнеше миллион айналымнан кейін түйісу бетінің астындағы қысудың кернеуі тістерде кіші тереңдікте  қажудың жарықтары пайда болады. Нәтижесінде тістің бетінен металдың кішкентай қабыршақтары бөлінеді, бұл осындай тозуды оспа тәрізді деп атауға негіз берді. Беттің қаттылығы неғұрлым жоғары болса және тіс өзекшесінің аққыштық шегі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым түйіспелі төзімділік жоғары болады.

Тісті дөңгелек үшін жадығаттарды тиімді таңдаумен сапалы дайындаманы қолдану олардың тек қана сенімділігімен ұзақтығы жоғарлатуға көмектесіп қана қоймайды, сонымен бірге жадығаттардың өңделу жағдайын және термиялық өңдеу кезіндегі деформация шамасы бойынша қырықаяқтар сапасында жақсартады. 

Болаттың беріктігі  бірінші кезекте шынықтырғыштыққа байланысты болады. Сондықтан конструкциялық болаттарды легірлеудің негізгі мақсаты болып шынықтырғыштықты арттыру болып табылады. Көпшілік конструкциялық болаттардың құрамына хром, никель, марганец сияқты элементтер, жиі титанның кішкентай қоспалары кіреді. 

Қазіргі уақытта  никельдің тапшылығы мен бағасының жоғары болуынан, хром-никельді болаттарды қолдану шектелген, оларды төмендетілген температураларда жұмыс істейтін бөлшектер үшін қолданылады.

Тісті дөңгелектер үшін негізгі жадығаттар болып конструкциялық көміртекті және легірленген болаттар табылады.

бөлшектерді эксплуатациялау шарттарымен сәйкес 38ХА және 40Х болат маркалары ең жақсы келеді.

38ХА болат  – конструкциялық жақсартылатын  орташа көміртекті хромдалған  жоғары сапалы болат.

40Х болат – конструкциялық жақсартылатын орташа көміртекті хромдалған болат.

40Х болаттан жасалған тісті дөңгелектердің соғылмалары, ұсақ дәнді болаттардың белгілерін қамтамасыз ету үшін соғудан кейін тездетілген салқындатудан және өңделуді  жақсартумен  шынықтырудың алдында құрылымның ұсақталуы үшін соңынан қалыптандырудан  тұратын алдын ала термиялық өңдеуден өтеді.

конструкциялық болаттар құрамдарын әзірлеу кезінде және  олардың термиялық өңдеу режимімен  бірінші кезекте иілімділік және тұтқырлық қасиеттері минималды дәрежеде азайатын тәсілдерді қарастыру керек.

ферритті-перлиттік құрылымда (қалыптандырылған күйде) көміртегінің қарапайым көбейуі беріктіктің және суықтай сынғыштық табалдырығының жоғарлауына әкеледі.

Мұндай құрылымда  максималды беріктік көміртегі мөлшерінің  шамамен 1. % С  сәйкес келеді және  бар болғаны тек қана 1000 МПа жетеді, олай болатын болса, суықтай сынғыштық табалдырығы  көміртегі мөлшері  0,4 % аспаған жағдайда 0^ºС төмен жатады.

Осылайша, біз  ферритті-перлитті құрылымды термиялық  беріктенбеген болаттағы көміртегі  шектеулі мөлшері  0,4 % құрайтындығын қорытып айта аламыз;  бұл кезде болат  σ_в = 600 МПа, Т₅₀ = -20^ºС және а_0,25 = 600-:-700 кДж/м² ие болады.

аустениттің салқындау нәтижесінде  дисперсті құрылымды алу  қаттылық пен беріктіктің үздіксіз жоғарлауына әкеледі; мартенситтік құрылым максималды қаттылыққа (беріктік) ие болады. 0,4 %С -та мартенситті құрылым  60 HRC (650 НВ) шамасында қаттылыққа ие болады, бұл 2200-2400 МПа шамасындағы беріктікке сәйкес келеді. Алайда тұтқырлық бұл жағдайда босатылмайтындай төмен және беріктіктің төмендеуі есебінен, босаңдатумен көтерілуі керек.

 Соңғы құрылым  аустениттің орнына, мартенситтен  қалыптасатын қосарлы өңдеу, яғни  соңынан босатумен  шынықтыруды  қолдану  шыныққан күйге сәйкес  келетін, беріктік қасиеттерді  максималдыдан күйдірілген күйге  сәйкес келетін, минималдыларға дейін кең өзгертуге мүмкіндік береді және бұл кезде иілімдік және тұтқыр қасиеттер, бір ретті  өңдеумен салыстырғанда (аустениттің ыдырау өнімдері)  жоғары болады екен.

МЕСТ 4543-71 пен  сәйкес берілген болат маркаларының химиялық құрамы  кесте 1.1-де келтірілген.

 

Кесте.1.1 - элементтердің массалық үлесі, %

Болат маркасы	C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Cu	N
38ХА	0,35-0,42	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,025	≤0,025	0,8-1,1	≤0,3	≤0,3	≤0,008
40Х	0,36-0,44	0,17-0,37	0,5-0,8	≤0,035	≤0,035	0,8-1,1	≤0,3	≤0,3	≤0,008

 

легірлеуші элемент ретінде бұл болаттарда  ~1% мөлшерінде хром пайдаланылады. Хром болаттың беріктігін жоғарлатады. кішкентай мөлшерді хром ферриттің соққылық тұтқырлығын шамалы жоғарлатады, сонымен қатар  1% мөлшерінде хром  ферриттің беріктенуі іс жүзінде әсер етпейді (әлсіз беріктендіреді). Сурет 1.2-де ферриттің соққыға тұтқырлығына хромның әсері көрсетілген.

Темірде хромның  болуы  суықтай мортсынғыштықтың табалдырығын қандайда бір жоғарлауына  көмектеседі, сол  темірдің мортсынғыштыққа бейімділігін жоғарлатады.

                                           Легірлеуші элементтердің мөлшері, %

 

            Сурет 1.2 - Ферриттің соққыға тұтқырығына хромның әсері

 

Бірақ болаттың мәліметтері хромның ~1% тұратындықтан, онда суықтай мортсынғыштықтың табалдырығы,  керісінше шамалы төмендейді. Кесте 1.2-те жақсатрудан кейінгі болаттардың механикалық қасиеттері көрсетілген.

 

Кесте 1.2 - Жақсартудан кейінгі болаттың механикалық қасиеттері

Болат маркасы	ТӨ, ºС		σТ, МПа	σВ, МПа	δ, %	ψ, %	KCU, МДж/м2	НВ
	шынықтыру	босату
38ХА	860	550	785	930	12	50	6	≤257
40Х	860	500	785	980	10	45	9	≤277

 

хромды қосу аустениттің  изотермиялық ыдырауын С-тәрізді қисықтарын оңға қарай жылжытады. Бұл шынықтырудың критикалық жылдамдығының азайуына және оданда терең шынығушылығына көмектеседі.

Хром мартенситтік ауысудың М_н басталу температурасын төмендетеді және  қалдық аустениттің мөлшерін арттырады. Болатты хроммен легірлеу мартенситтің ыдырау процесінің баяулауына әкеледі.

Болаттағы хром жоғары температурада тұрақты болып қалатын карбидтер түзеді. аустенитте ерімей қалған артық карбидтер, аустениттік дәннің өсуіне бөгет жасайды. Сондықтанда  хромның  ерімеген карбидтерінің кішкентай мөлшері болғанның өзінде болат қыздырудың аса жоғары  температурасына дейін ұсақ дәнді құрылысты сақтайды. Кесте-1.3-те жақсатрудан кейінгі болаттардың дағдарыстық нүктелері көрсетілген.

Хром болаттың ыстыққа төзімділігі мен тотбасуға  төзімділігін жоғарлатады,оның  электрлік  кедергісін көбейтеді  және құйылудың  кеңеюін кішірейтеді.

 

Кесте 1.3 - Дағдарыстық нүктелердің температурасы, ºС

Болат маркасы	Ас1	Ас3	Ar1	Ar3
38ХА	743	782	693	730
40Х	743	815	693	730

 

Жоғарыда аталып кеткен қасиеттер бойынша 38ХА және 40Х  болат маркалары теңбе тең.

38ХА болаты  күкіртпен фосфордың мөлшері бойынша (S≤0,025%, Р≤0,025%) шектелген, ол жоғары сапалы болып табылады.

α-Fe (альфа темірде) ери келе, фосфор  мортсынғыш күйге (болаттың мортсынғыштығы) көшудің температурасын күрт жоғарлатады,  төмен температураларда болат мортсынғыш бола түседі. Күкірт болатты  800ºС-та және жоғары температурада (қызуға сынғыштық) мортсынғыш жасайды.

Күкірт пен  фосфордың мөлшері бойынша шектеуді,  төмен немесе жоғары  температураларда жұмыс істейтін бөлшектер дайындалатын болаттарға қолданған дұрыс. Тісті дөңгелек әдеттегі температурада жұмыс істейтін болғандықтан, онда 38ХА маркалы болатты қолдану экономикалық тиімсіз болып табылады.

38ХА маркалы  болаттың аталып өткен барлық  кемшіліктерін ескере келе, 40Х  маркалы болатты тісті дөңгелек дайындау үшін аламыз.

Жоғары беріктігі мен жақсы жеткілікті шынығушылықтың арқасында бұл болаттарды тісті дөңгелек, бүгілмелі біліктер, осьтер, білікшелер,  жұдырықшалар, төлкелер, болттар дайындау үшін қолданады.