CS199485B1

CS199485B1 - Heat treatment method for case-hardened large size wheels

Info

Publication number: CS199485B1
Application number: CS708978A
Authority: CS
Inventors: Rudolf Janota; Vaclav Pechman
Original assignee: Rudolf Janota; Vaclav Pechman
Priority date: 1978-10-31
Filing date: 1978-10-31
Publication date: 1980-07-31

Description

Vynález se týká způsobu konečného tepelného zpracovávání cementovaných ozubených kol velkých rozměrů o modulu zubů rovném nebo větším než 6 mm, vyrobených z nízkolegovaných cementačních ocelí, kterým se zvyšují hodnoty dor voleného namáhání zubů v ohybu i na otlačení.The invention relates to a process for the final heat treatment of large size cemented gears having a modulus of teeth equal to or greater than 6 mm, made of low alloy cementation steels, which increases the doring values of the selected bending stresses and bending stresses.

Áž doposud se všechna cementovaná ozubená kola při konečném tepelném zpracování před popouštěním v rozsahu teplot 150 až 200 °C objemově kalí z teploty 820 až 8.5Ο °C do oleje nebo do jiných ochlazujících médií. Přitom se předpokládá, že hodnoty dovoleného namáhání zubů v ohybu i na otlačení jsou při. dané síle a kvalitě cementační vrstvy, jakožto nositele příznivě působících tlakových pnutí, závislé na pevnosti základního materiálu, dosažené po konečném tepelném zpracování v jádře příslušných ozubených kol.Until now, all cemented gears have been quenched from 820 to 8.5 ° C in oil or other cooling media prior to tempering in a temperature range of 150 to 200 ° C. It is assumed that the values of the permissible bending stresses of the teeth as well as of the compression are at. given the strength and quality of the cementation layer as a carrier of the beneficial compressive stresses dependent on the strength of the base material achieved after the final heat treatment in the core of the respective gears.

Z těchto důvodů roste se zvětšujícími se rozměry ozubených kol nárok na stupeň legovanosti používaných cementačních ocelí, u nichž v naprosté většině převládá legování niklem, jehož účinek je z hlediska očekávaného vzrůstu prokalitelnosti neúměrný jeho ceně. Převládající úroveň legování je plně postačující u ozubených kol malých průměrů a modulů, na nichž se hodnoty dovoleného namáhání zubů v ohybu i na otlačení experimentálně zjišťují, ale u kterých však dosahování vysokých hodnot pevnosti v celém jejich průřezu po objemovém kalení nečiní žádné potíže.For these reasons, with increasing dimensions of gears, the degree of alloying of used cementing steels is increasing, in which the majority of nickel alloying prevails, whose effect is in proportion to its cost in terms of expected increase in hardenability. The predominant level of alloying is fully sufficient for small diameter gears and modules on which the values of permissible bending stresses and indentations are experimentally determined, but in which the achievement of high strength values over their entire cross-section after volumetric hardening does not present any difficulties.

- 2 Nevýhody doposud používaného konečného tepelného zpracování cementovaných ozubených kol větších rozměrů spočívají v tom, še po jejich objemovém kalení do oleje, které převládá, nejsou v místech rozhodujících o úrovni hodnot dovoleného namáhání zubů v ohybu i na otlačení dosahovány takové pevnostní charakteristiky, jaké jsou běžně zajišťovány při objemovém kalení malých cementovaných ozubených kol v celém jejich průřezu. Tento nedostatek lze také vyjádřit tak, že doposud uváděné hodnoty dovoleného namáhání zubů v ohybu i na otlačení u příslušných cementačních ocelí nerespektují dostatečně faktor velikosti vyráběných ozubených ko}.· Další nevýhodou doposud používaného objemového kalení rozměrnějších cementovaných ozubených kol je skutečnost, že během jejich kaleni dochází ke vzniku deformací i k zákonitým změnám objemů, které při konečném broušení vedou nevyhnutelně k výraznému zeslabování a někdy až k možnému probroušení cementační vrstvy v kritických místech zubů.The disadvantages of the final heat treatment of cemented gears of a larger size used so far are that after their bulk hardening into the oil that prevails, strength characteristics such as commonly provided by volumetric hardening of small cemented gears over their entire cross-section. This drawback can also be expressed by the fact that the values of the permissible bending stresses and bending stresses of the respective cementation steels so far do not sufficiently respect the size factor of the gear wheels produced. deformations occur as well as regular changes in volumes, which inevitably lead to significant weakening and sometimes even possible grinding of the cementation layer at critical points of the teeth.

Společným výsledkem těchto hlavních nedostatků objemového kalení rozměrnějších cementovaných ozubených kol je radikální snižování hodnot dovoleného namáhání zubů v ohybu i na otlačení proti hodnotám, zjištěným experimentálně na ozubených kolech s malými průměry a moduly. Je známé snaha odstraňovat tyto hlavní nedostatky objemového kalení zubů rozměrnějších cementovaných ozubených kol povrchovým kalením jejich zubů plamenem nebo kalením vysokofrekvenčním provedením v rozsahu teplot 880 až 950 °C při využití vodní nebo olejové sprchy a následujícím popouštěním při teplotě 150 až 20(5' °C. Obě tyto metody jsou však z hlediska ohřevů nutných ke kvalitnímu zakalení v patách zubů u větších modulů málo účinné. Nespornou ňevýhpdou těchto metod potom zůstává, že při jejich použití dojde jen k zakalení cementační vrstvy, což je z hlediska vysokých hodnot dovoleného namáhání zubů v ohybu a zejména dovoleného namáhání na otlačení nedostatečné. Navíc je kalení velmi slabých vrstev vždycky spojeno s potížemi i s nízkou opakovatelností výsledků při provozní aplikaci. Nevýhody uvedených způsobů tepelného zpracování cementovaných ozubených kol velkých rozměrů o.modulu zubů rovném nebo větším než 6 mm, vyrobených z nízkolegovaných cementačních ocelí, které se před popouštěním v rozsahu teplot 180 až 250 °C a před konečným broušením povrchově kalí z teploty 880 až 930 °C vodní nebo olejovou sprchou, odstraňuje způsob tepelného zpracování podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se nacementované zuby ozubených kol před popouštěním indukčně mezerově středofrekvenčně kalí vodní nebo olejovou sprchou do hloubky 1 až 3,5 mm základního materiálu podle modulu.The common result of these major drawbacks of the bulk hardening of larger cemented gears is a radical reduction in the values of the bending stresses of the teeth as well as of the bending against the values found experimentally on gears with small diameters and modules. It is known to overcome these major drawbacks of bulk teeth hardening of larger cemented gears by surface hardening of their teeth by flame or by high frequency hardening in the temperature range of 880 to 950 ° C using a water or oil spray and subsequent tempering at 150 to 20 (5 ° C). However, both of these methods are not very effective in terms of the heating required for high-quality hardening in the heels of the larger modules, and the undeniable disadvantage of these methods is that they only cause the hardening of the cementation layer. In addition, hardening of very thin layers is always associated with difficulties and low repeatability of results during operational application. a tooth of teeth equal to or greater than 6 mm, made of low alloy cement steels, which is tempered from a temperature of 880 to 930 ° C with a water or oil spray before tempering in the temperature range of 180 to 250 ° C and before final grinding The invention is based on the fact that the cemented toothed gears are quenched by means of a water or oil spray to a depth of 1 to 3.5 mm of the base material according to the module, prior to tempering.

Takto zakalená vrstva základního materiálu, jejíž síla vzrůstá se zvětšujícím se modulem, 'vykazující, strukturu vysokopevného a značně houževnatého nízkouhlíkového martenzitu, vytváří pod tvrdou cementační vrstvou dokonalé pevný základ, jako nezbytný předpoklad pro vysoké hodnoty dovoleného namáhání zubů v ohybu i ne otlačení, bez·velkého nároku na stupeň legování základního materiálu. Nespornou předností tohoto způsobu rovněž je, že větší množství zbytkového austenitu v takto zakalené cementační vrstvě jí propůjčuje větší odolnost proti okamžitému vzniku kalicích trhlin a současně umožňuje i předpo- 3. kládá využiti vyšších popouštěních teplot po zakalení, jejichž, účinkem dojde k jeho .dodatečné transformaci.The hardened layer of base material, whose strength increases with increasing modulus, exhibiting a structure of high-strength and very tough low-carbon martensite, forms a perfect solid foundation under the hard cementitious layer as a prerequisite for high permissible bending stresses, not bending, without · High demands on the degree of alloying of the base material. The indisputable advantage of this process is also that a greater amount of residual austenite in the hardened cementitious layer confers greater resistance to instantaneous hardening cracks and at the same time allows the use of higher tempering temperations after the hardening, which results in its additional transformation.

Předností nové technologie konečného tepelného zpracování rozměrnějších cementovaných ozubených kol podle vynálezu je, že odstraňuje značné deformace zaznamenávané po objemovém kalení, přičemž bez velkého nároku na stupeň legování použitých ocelí zajišťuje u příslušných ozubených kol vysoké hodnoty dovoleného namáhání tubů v ohybu i na otlačení. Porovnáním vlastností cementovaných ozubených kol objemově a středofrekvenčne mezerově kalených bylo zjištěno, že ozubená kola zpracovaná novou technologií, která je předmětem vynálezu, jsou z hlediska výsledných hodnot dovoleného namáhání zubů v ohybu i na otlačení objemově kaleným kolům minimálně rovnocenná.The advantage of the new technology of the final heat treatment of the larger cemented gear wheels according to the invention is that it eliminates the significant deformations observed after the volume hardening, while ensuring high permissible bending stresses and bending stresses of the respective gear wheels without the high degree of alloying of the steels used. By comparing the properties of the cemented gears volumetrically and medium-frequency gap hardened, it was found that the gears treated by the new technology object of the invention are at least equivalent in terms of the resulting values of the permissible bending stress of the teeth and the compression of the volumetrically hardened gears.

Příkladem využiti vynálezu je výroba ozubených kol o hlavovém průměru 950 mm, šířce ozubení 150 mm, modulu 12 mm a úhlu záběru 20° s přímým evolventním ozubením. Použita ocel o složení v % hmotnostních: uhlík 0,19 mangan 1,20 %, křemík 0,29 %, chrom 1,05 %, fosfor 0,028 % a aíra 0,025 %.An example of the application of the invention is the production of gears having a head diameter of 950 mm, a gearing width of 150 mm, a module of 12 mm and a 20 ° engagement angle with direct involute gearing. Used steel with a composition in% by weight: carbon 0.19 manganese 1.20%, silicon 0.29%, chromium 1.05%, phosphorus 0.028% and sulfur 0.025%.

Po zušlechtění výkovků na pevnost 700 až 800 MPa jsou ozubená kola třískově obráběna a technologickým přídavkem 5 mm kromě hlavového průměru a ozubení. Hlavový průměr je ihned opracován na konečný rozměr, tj. 950 mm a ozubení s přídavkem 0,12 mm na konečné broušeni. Následuje cementační proces při teplotě 900 °C na hloubku cementační vrstvy 1,6 až 1,8 mm. Po vyžíhání jsou kola připravena k dohotovení. Dosažený strukturní stav a mechanické hodnoty základního materiálu jsou konečné. Po opískování jsou ozubena kola kromě ozubení dohotovena. Následuje středofrekvenční mezerové kalení, při němž jsou po ohřevech na 880 až 9,30 °G postupně zakaleny při použití vodní nebo olejové sprchy všechny zubové’mezery. Kromě cementační vrstvy je zakalena i vrstva základního materiálu v síle 2,5 až 3,2 mm pod cementační vrstvou. Dosažená tvrdost na povrchu zubů leží v rozmezí 61 až 63 HRc. Bezprostředně po středofrekvenčním zakalení poslední zubové mezery následuje popouštění celých kol v rozsahu teplbt 180 až 250 °C. Po dvouhodinové výdrži na těchto teplotách následuje ochlazení ozubených kol v peci nebo na vzduchu. Po této operaci poklesne tvrdost na 57 až 59 HRc. Následujícím obroušením ozubení jsou ozubená kola dohotovena. -After the forgings have been upgraded to a strength of 700 to 800 MPa, the gears are machined with a 5 mm technological addition in addition to the head diameter and the gearing. The head diameter is immediately machined to the final dimension, ie 950 mm, and the toothing with 0.12 mm allowance for the final grinding. This is followed by a cementation process at a temperature of 900 ° C to a cementation layer depth of 1.6 to 1.8 mm. After annealing the wheels are ready for finishing. The achieved structural state and mechanical values of the base material are final. After the sandblasting, the gears are finished in addition to the gearing. This is followed by medium-frequency gap hardening, where after the heating to 880 to 9.30 ° G, all the tooth gaps are gradually turbid when using a water or oil shower. In addition to the cementation layer, the base material layer is hardened in the thickness of 2.5 to 3.2 mm below the cementation layer. The hardness achieved on the tooth surface is in the range of 61 to 63 HRc. Immediately after the mid-frequency turbidity of the last tooth gap, the entire wheels are tempered in a temperature range of 180 to 250 ° C. The two-hour hold at these temperatures is followed by cooling of the gears in the furnace or in the air. After this operation, the hardness drops to 57-59 HRc. The gear wheels are finished by the subsequent grinding of the gearing. -

Claims

Object of the invention

Process for the heat treatment of large size cemented gear wheels of a tooth modulus equal to or greater than 6 mm made of low alloy cement steels which are surface tempered from 880 to 930 ° C before tempering in the temperature range 180 to 250 ° C or before final grinding; An oil spray, characterized in that the cemented gear teeth are quenched by a water or oil spray to a depth of 1 to 3.5 mm of the base material, depending on the module, prior to tempering.