Подобрать марку стали для изготовления тяжелонагруженных коленчатых валов

Подобрать марку стали для изготовления тяжелонагруженных коленчатых валов диаметром 60 мм; предел прочности стали должен быть не ниже 750 МПа. Рекомендовать химический состав стали, режим термической обработки, микроструктуру и механические свойства после упрочнения

Материалом валов, как правило, является сталь, при отсутствии термообработки в основном применяют сталь обычного качества – Ст.
Для термообрабатываемых валов используют среднеуглеродистую и легированную сталь, в частности сталь марок 45 и 40Х; в особо ответственных случаях для тяжелонагруженных валов – легированные стали марок 40ХН, 40ХНМА, 25ХГТ и др.
Выбираем сталь 40ХН – качественная конструкционная легированная (хромоникелевая).
Применение: оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.
Химический состав в % стали 40ХН (ГОСТ 4543-71):
C Si Mn Ni S P Cr Cu
0,36-0,44 0,17-0,37 0,5-0,8 1-1,4 до 0,035 до 0,035 0,45-0,75 до 0,03
Заготовки валов изготовляют горячей штамповкой. После штамповки следует нормализация (от 800С (Ас3 + 50С) на воздухе). Коленчатые валы имеют сложную форму, и потому нужно принять все меры, чтобы не допустить их коробление при обработке. С этой целью целесообразно нагрев осуществлять в проходных печах щелевого типа.
Валы подвешиваются на приспособлениях в вертикальном положении и с помощью подвесного конвейера продвигаются вдоль рабочего пространства печи. Если нормализация проводится с использованием теплоты после штамповки, то перед подачей валов в нормализационную печь необходимо снизить их температуру до 600–650°С, с тем чтобы при последующем нагреве до температуры нормализации измельчить зерно.
После нормализации валы подвергаются механической обработке, а затем производится поверхностная закалка шеек на установках ТВЧ от температуры 860-890°С (каждая шейка вала охватывается своим индуктором, закалка на полуавтоматическом станке).
Высокая скорость нагрева смещает фазовые превращения в область более высоких температур. Поэтому температура закалки при нагреве токами высокой частоты должна быть выше, чем при обычном нагреве. При правильных режимах нагрева после охлаждения получается структура мелкоигольчатого мартенсита. Твердость повышается на 2…4 HRC по сравнению с обычной закалкой, возрастает износостойкость и предел выносливости.
После закалки проводим низкий отпуск при температуре 150…200С на воздухе.
Структура детали после термообработки легированный феррит и перлит или феррит и бейнит (σв = 790 МПа, δ = 18%, ψ = 48%).
Структура шеек – мелкоигольчатый мартенсит с твероcтью HRC 62-64.
Сведем технологический процесс обработки в таблицу:





Карта технологического процесс термообработки Марка и состав стали
Подобрать марку стали для изготовления тяжелонагруженных коленчатых валов диаметром 60 мм; предел прочности стали должен быть не ниже 750 МПа. Рекомендовать химический состав стали, режим термической обработки, микроструктуру и механические свойства после упрочнения 40ХН 0,36-0,44%С, 0,17-0,37%Si, 0,5-0,8%Mn, 1-1,4%Ni, до 0,035%S, до 0,035%Р, 0,45-0,75%Cr, до 0,03%Cu
Вид заготовки Состояние поставки Твердость
прокат нормализация, 850ºС 170-200 НВ
Термическая обработка
Закалка ТВЧ (шеек) + низкий отпуск
№ Операция Структура после операции Темпе-ратура опера-ции, ºС Вы-дер-жка, ч Среда охлаж-дения Контроль после термообработки
1. Норма-лизация деталь (феррит + перлит) 850ºС 0,3 Воздух Твердость Глубина слоя
2. Закалка ТВЧ шеек шейки (мелкоиг. мартенсит), деталь (феррит + перлит) 860-890ºС 0,15 Вода 62-64 HRC 1-2,5 мм
Механические свойства
3. Низкий отпуск шеек шейки (мелкоиг. мартенсит отпуска), деталь (феррит + перлит) 150-200ºС 1-2 Воздух Деталь: σв = 790 МПа, δ = 18%, ψ = 48%, 170-200 НВ
Шейки: 62-64 HRC
Тех-процесс ФИО Группа
Состав.
Проверил