RU2553764C1 - Nitrated steel for gear wheels - Google Patents
Nitrated steel for gear wheels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2553764C1 RU2553764C1 RU2014112492/02A RU2014112492A RU2553764C1 RU 2553764 C1 RU2553764 C1 RU 2553764C1 RU 2014112492/02 A RU2014112492/02 A RU 2014112492/02A RU 2014112492 A RU2014112492 A RU 2014112492A RU 2553764 C1 RU2553764 C1 RU 2553764C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- molybdenum
- gears
- vanadium
- manganese
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано для изготовления высоконагруженных крупногабаритных зубчатых колес, преимущественно с внутренним зацеплением, в частности для изготовления крупногабаритных азотированных коронных шестерен планетарных редукторов, применяемых в морских судах, газовой и нефтяной промышленности, конструкциях карьерных самосвалов особо большой грузоподъемности (более 100 тонн) и в других машинах и механизмах, генерирующих и передающих большие мощности.The invention relates to metallurgy and mechanical engineering and can be used for the manufacture of highly loaded large-sized gears, mainly with internal gearing, in particular for the manufacture of large-sized nitrided crown gears of planetary gearboxes used in marine vessels, gas and oil industries, and designs of particularly heavy-duty dump trucks ( over 100 tons) and in other machines and mechanisms generating and transmitting large capacities.
Для изготовления крупногабаритных азотируемых колес с внутренним зацеплением зубьев для карьерных самосвалов применяют сталь марки 38Х2МЮА ГОСТ 4543-71 [1], содержащую, масс.%:For the manufacture of large nitrided wheels with internal gear teeth for mining dump trucks, steel grade 38X2MUA GOST 4543-71 [1] is used, containing, wt.%:
При температуре азотирования 500-520°С эта сталь обеспечивает получение максимальной твердости 1100-1200 HV, что позволяет ее использовать для изготовления гильз цилиндров двигателей, шпинделей, а часто и зубчатых колес. Предварительную термообработку проводят в виде закалки с 930-950°С и отпуска 600-650°С.At a nitriding temperature of 500-520 ° C, this steel provides a maximum hardness of 1100-1200 HV, which allows it to be used for the manufacture of cylinder liners of engines, spindles, and often gears. Preliminary heat treatment is carried out in the form of quenching from 930-950 ° C and tempering 600-650 ° C.
Недостатки стали в том, что за счет высокого содержания алюминия она малотехнологична. Для нее характерны дефекты металлургического происхождения: наличие неметаллических включений, образование мелких трещин, волосовин и других [3].The disadvantages of steel are that due to the high aluminum content it is low-tech. It is characterized by defects of metallurgical origin: the presence of non-metallic inclusions, the formation of small cracks, hairlines and others [3].
Азотированный слой у крупных колес из этой стали, хотя и имеет высокие значения твердости и износостойкости, но характеризуется малой толщиной (относительно модуля зуба) и повышенной хрупкостью, что при эксплуатации крупногабаритных зубчатых колес и неизбежных динамических нагрузках (особенно при твердости сердцевины зуба ниже 240 НВ) приводит к растрескиванию слоя и его отслоению - «шелушению».The nitrided layer of large wheels made of this steel, although it has high values of hardness and wear resistance, is characterized by a small thickness (relative to the tooth module) and increased brittleness, which occurs during operation of large gear wheels and unavoidable dynamic loads (especially when the hardness of the tooth core is lower than 240 HB ) leads to cracking of the layer and its peeling - “peeling”.
При производстве крупногабаритных зубчатых колес с внутренним зацеплением проблема обеспечения точности при формировании зубьев связана с большим объемом снимаемого металла и невозможностью замены инструмента, затупившегося в процессе нарезания зубьев.In the manufacture of large gears with internal gearing, the problem of ensuring accuracy in the formation of teeth is associated with a large amount of metal being removed and the inability to replace a tool that has become dull during the process of cutting teeth.
Механическая обработка рассматриваемой алюминийсодержащей стали, особенно при зубодолблении, затруднена, что приводит к потере точности и, следовательно, снижению конструкционной прочности материала.The machining of the aluminum-containing steel under consideration, especially during gear grinding, is difficult, which leads to a loss of accuracy and, consequently, a decrease in the structural strength of the material.
Поэтому для крупногабаритных зубчатых колес особое значение имеет обрабатываемость стали.Therefore, for large gears, machinability of steel is of particular importance.
Наиболее близкой к предлагаемой стали и выбранная в качестве прототипа сталь 38ХМА [2] следующего состава, масс.%:Closest to the proposed steel and selected as a prototype steel 38XMA [2] of the following composition, wt.%:
Сталь приведенного состава хорошо обрабатывается.The steel composition is well processed.
Недостаток стали в том, что широкий диапазон химических элементов и их состав не обеспечивают необходимых стабильных прочностных и эксплуатационных качеств азотируемых крупногабаритных зубчатых колес с внутренним зацеплением.The disadvantage of steel is that a wide range of chemical elements and their composition do not provide the necessary stable strength and operational qualities of nitrided oversized gears with internal gearing.
Азотированный слой крупных колес из этой стали, хотя и вязкий, но недостаточно износостойкий.The nitrided layer of large wheels made of this steel, although viscous, is not sufficiently wear-resistant.
Состав стали не позволяет обеспечить прокаливаемость материала детали при сечениях, характерных для крупногабаритных зубчатых колес.The composition of the steel does not allow for the hardenability of the material of the part at cross sections characteristic of large gears.
Задачей изобретения является разработка состава стали, позволяющего повысить технологические и эксплуатационные свойства крупногабаритных зубчатых колес.The objective of the invention is to develop the composition of steel, which allows to increase the technological and operational properties of large gears.
Задача решается за счет того, что азотируемая сталь для зубчатых колес содержит углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, никель, медь, серу, фосфор, железо при следующем соотношении компонентов, масс. %:The problem is solved due to the fact that the nitrided steel for gears contains carbon, silicon, manganese, chromium, molybdenum, vanadium, nickel, copper, sulfur, phosphorus, iron in the following ratio of components, masses. %:
Наличие указанного суженного предела по содержанию углерода в этой стали в сочетании с легирующими элементами достаточно для получения сквозной прокаливаемости крупногабаритных зубчатых колес и обеспечения стабильности их свойств. Содержание меньше 0,40% снижает прокаливаемость, более 0,43% ухудшает обрабатываемость.The presence of the specified narrowed limit on the carbon content in this steel in combination with alloying elements is sufficient to obtain through hardenability of large gears and ensure the stability of their properties. A content of less than 0.40% reduces hardenability, more than 0.43% degrades workability.
Кремний раскисляет сталь, но при концентрации выше указанной способствует при азотировании развитию в слое хрупкой γ′-фазы, тем самым повышая его хрупкость.Silicon deoxidizes steel, but at a concentration higher than that indicated, during nitriding it promotes the development of a brittle γ′-phase in the layer, thereby increasing its brittleness.
Содержание кремния меньше 0,17% понижает прокаливаемость, увеличивает пластичность стали, тем самым ухудшает обрабатываемость резанием.A silicon content of less than 0.17% reduces hardenability, increases the ductility of steel, thereby degrading machinability by cutting.
Марганец раскисляет и упрочняет сталь, связывает серу, однако, при содержании марганца больше 0,65% повышает склонность к росту зерна.Manganese deoxidizes and hardens steel, binds sulfur, however, with a manganese content of more than 0.65%, it increases the tendency to grain growth.
Содержание марганца 0,5-0,65% обеспечивает полную десульфурацию стали, тем самым исключает нежелательное выделение серы в виде эвтектики.The manganese content of 0.5-0.65% ensures complete desulfurization of steel, thereby eliminating the unwanted release of sulfur in the form of a eutectic.
Хром повышает прочность стали. Содержание хрома больше 1,2% ухудшает обрабатываемость, меньше 1,10 не обеспечивает необходимые прокаливаемость и прочность.Chrome increases the strength of steel. A chromium content of more than 1.2% impairs machinability; less than 1.10 does not provide the necessary hardenability and strength.
Хром, молибден и ванадий являются основными нидридообразующими элементами при формировании диффузионного слоя при азотировании изделий из данной стали. Введение легирующих элементов хрома, молибдена, ванадия увеличивает скорость процесса азотирования, растворимость азота в железе и способствует выделению мелкодисперсных нитридов.Chrome, molybdenum and vanadium are the main nidride-forming elements in the formation of the diffusion layer during nitriding of products from this steel. The introduction of alloying elements of chromium, molybdenum, vanadium increases the speed of the nitriding process, the solubility of nitrogen in iron, and contributes to the release of finely dispersed nitrides.
Молибден и ванадий необходимы в азотируемой стали для обеспечения устойчивости против отпуска и отпускной хрупкости.Molybdenum and vanadium are required in nitrided steel to provide resistance against tempering and temper brittleness.
В азотируемых сталях без алюминия твердость диффузионного азотированного слоя зависит от исходной твердости сердцевины: чем выше твердость сердцевины (ниже температура отпуска), тем больше твердость азотированного слоя по всей толщине.In nitrided steel without aluminum, the hardness of the diffusion nitrided layer depends on the initial hardness of the core: the higher the hardness of the core (lower tempering temperature), the greater the hardness of the nitrided layer throughout its thickness.
Содержание молибдена 0,20% и ванадия 0,05% обеспечивает достаточную устойчивость против отпуска и отпускной хрупкости: при более низком содержании этих элементов такие свойства стали в нужной мере не обеспечиваются.The content of molybdenum 0.20% and vanadium 0.05% provides sufficient resistance against tempering and temper brittleness: at a lower content of these elements such properties of steel are not provided to the necessary extent.
Верхние пределы содержания в стали молибдена и ванадия взяты в связи с необходимостью предотвращения появления интерметаллидных фаз указанных элементов, ухудшающих механическую обработку, особенно нарезание зубьев крупногабаритных зубчатых колес с внутренним зацеплением.The upper limits of the content of molybdenum and vanadium in steel are taken in connection with the need to prevent the appearance of intermetallic phases of these elements that impair the machining, especially cutting teeth of large gears with internal gearing.
Присутствие в стали молибдена и ванадия в указанных пределах увеличивает сопротивление изгибной и контактной усталости азотированного слоя и всей детали путем торможения под нагрузкой процесса локализации пластической деформации, ускоряющего разрушение.The presence of molybdenum and vanadium in the steel within the specified limits increases the resistance to bending and contact fatigue of the nitrided layer and the entire part by braking under stress the process of localization of plastic deformation that accelerates fracture.
Никель и медь - примеси, поступающие в шихту с металлическим ломом, и содержание их, выше указанных снижают диффузию азота при азотировании.Nickel and copper - impurities entering the charge with scrap metal, and their content, above mentioned, reduce nitrogen diffusion during nitriding.
Сера и фосфор являются неизбежными вредными примесями и снижение их содержания менее 0,02% делает сталь более чистой и качественной.Sulfur and phosphorus are inevitable harmful impurities and a decrease in their content of less than 0.02% makes the steel cleaner and better.
Осуществлен ряд плавок заявляемой стали составов 1-6 и прототипа, химический состав которых представлен в таблице 1.A number of melts of the inventive steel compositions 1-6 and prototype, the chemical composition of which is presented in table 1.
Сталь прототипа и заявляемого состава получали следующим образом.Steel prototype and the inventive composition was obtained as follows.
Выплавку стали производили в дуговой сталеплавильной печи переменного тока емкостью 6 тонн с основной футеровкой. Состав шихты - легированный лом и отходы гр. Б11, стальной лом и отходы категории 3А. Раскислители - алюминий вторичный марки АВ91, ферромарганец 78А, ферросилиций ФС-45.Steel was smelted in an AC steelmaking furnace with a capacity of 6 tons with a main lining. The composition of the charge is alloyed scrap and waste gr. B11, steel scrap and category 3A waste. Deoxidants - secondary aluminum grade AB91, ferromanganese 78A, ferrosilicon FS-45.
Температура расплава до 1750°C, выплавка полупродукта 60 мин, внепечная обработка (включая вакуумирование - 60 мин), температура стали 1600-1680°C. Температура разливки - 1555°C. Тип ковша - с возможностью продувки металла в ковше аргоном, оборудован шиберным затвором.The melt temperature is up to 1750 ° C, the smelting of the intermediate product is 60 min, the secondary furnace treatment (including evacuation is 60 min), the temperature of the steel is 1600-1680 ° C. Casting temperature - 1555 ° C. Bucket type - with the ability to purge metal in the bucket with argon, equipped with a slide gate.
Диаметр слитков 277±5, 340±5, 411±5.The diameter of the ingots is 277 ± 5 , 340 ± 5 , 411 ± 5 .
Слитки или предварительно проковываются, или сразу раскраиваются по длине и прошиваются. Из прошитых заготовок методом горячей прокатки на кольцепрокатных станах изготавливаются кольца - заготовки зубчатых колес.The ingots are either pre-forged, or immediately cut in length and stitched. From stitched blanks by the method of hot rolling on ring rolling mills rings are made - blanks of gear wheels.
Из колец заявляемой стали и прототипа приведенных выше составов изготовлены опытно-промышленные партии коронных шестерен (зубчатых колес внутреннего зацепления) планетарных редукторов мотор-колес карьерных самосвалов грузоподъемностью 55, 130, 240 и 320 тонн.From the rings of the claimed steel and the prototype of the above compositions, pilot industrial batches of ring gears (internal gearing gears) of planetary gear motors of mining dump wheels with a carrying capacity of 55, 130, 240 and 320 tons are made.
Механическая обрабатываемость зубчатых колес из прототипа и заявляемой стали составов 1, 2, 3, 4 - удовлетворительная.The machinability of the gears of the prototype and the inventive steel compositions 1, 2, 3, 4 is satisfactory.
Механические испытания проводили на образцах, вырезанных из сердцевины зубчатых колес, после конечной операции - азотирования.Mechanical tests were carried out on samples cut from the core of the gears, after the final operation, nitriding.
Термическую обработку: отжиг, закалку с охлаждением в масле, высокий отпуск с охлаждением в камере подстуживания и азотирование осуществляли по известным методикам [3, 4].Heat treatment: annealing, quenching with cooling in oil, high tempering with cooling in the chill chamber, and nitriding were carried out according to known methods [3, 4].
Прочностные, пластические свойства и ударная вязкость как при плюсовых, так и минусовых температурах зубчатых колес, изготовленных из заявляемой стали, отличаются стабильностью и более высокими значениями в сравнении с прототипом.Strength, plastic properties and impact strength at both plus and minus temperatures of gears made of the inventive steel, are stable and higher values in comparison with the prototype.
Сталь хорошо азотируется. Твердость азотированной поверхности 700-770 HV5.Steel is well nitrided. Hardness of nitrided surface 700-770 HV 5 .
Толщина слоя: до структуры сердцевины 0,4-0,5 мм; до твердости сердцевины 0,65-0,75 мм. Слой прочный, вязкий и износостойкий.Layer thickness: up to a core structure of 0.4-0.5 mm; to a core hardness of 0.65-0.75 mm. The layer is strong, viscous and wear-resistant.
Точность зубчатых колес с модулем 7, изготовленных из заявляемой стали, высокая, таблица 3.The accuracy of the gears with module 7, made of the inventive steel, high, table 3.
Зубчатые колеса с внутренним зацеплением (m=7 мм и m=10 мм) обеспечили заданную надежность и работоспособность планетарных редукторов карьерных самосвалов грузоподъемностью 55, 130 и 240 тонн.Toothed wheels with internal gearing (m = 7 mm and m = 10 mm) provided the given reliability and operability of planetary gearboxes for mining dump trucks with a lifting capacity of 55, 130 and 240 tons.
Источники информацииInformation sources
1. ГОСТ 4543 «Прокат из легированной конструкционной стали», с. 44.1. GOST 4543 “Rolled products from alloy structural steel”, p. 44.
2. Марочник сталей и сплавов. Под редакцией В.Г. Сорокина, 1989. М.: «Машиностроение», с. 221-222.2. Marochnik steels and alloys. Edited by V.G. Sorokina, 1989. M.: "Engineering", p. 221-222.
3. Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, Г.И. Шпис, З. Бемер. «Теория и технология азотирования». 1991. М.: «Металлургия». С. 237-238.3. Yu.M. Lakhtin, Y.D. Kogan, G.I. Shpis, Z. Bemer. "Theory and technology of nitriding." 1991. M.: Metallurgy. S. 237-238.
4. И.В. Фиргер. «Термическая обработка сплавов». Ленинград: Машиностроение. 1982. - С. 27-35.4. I.V. Firger. "Heat treatment of alloys." Leningrad: Mechanical Engineering. 1982.- S. 27-35.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014112492/02A RU2553764C1 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Nitrated steel for gear wheels |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014112492/02A RU2553764C1 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Nitrated steel for gear wheels |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2553764C1 true RU2553764C1 (en) | 2015-06-20 |
Family
ID=53433764
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014112492/02A RU2553764C1 (en) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Nitrated steel for gear wheels |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2553764C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1934672A (en) * | 1928-05-25 | 1933-11-07 | Nitralloy Corp | Nitrided steel articles |
RU2158320C1 (en) * | 1999-11-29 | 2000-10-27 | ОАО "Чусовской металлургический завод" | Low-hardening structural steel |
EP2383359A1 (en) * | 2008-12-19 | 2011-11-02 | Nippon Steel Corporation | Hardfacing steel for machine structure, and steel component for machine structure |
RU2455382C2 (en) * | 2009-01-16 | 2012-07-10 | Ниппон Стил Корпорейшн | Steel for induction hardening |
EP2634279A1 (en) * | 2010-10-27 | 2013-09-04 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Steel for surface hardening for machine structural use, and steel component for machine structural use and process for producing same |
RU2496907C2 (en) * | 2008-03-18 | 2013-10-27 | Уддехолмс АБ | Steel, method for making steel workpiece, and method for making part from above said steel |
-
2014
- 2014-03-31 RU RU2014112492/02A patent/RU2553764C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1934672A (en) * | 1928-05-25 | 1933-11-07 | Nitralloy Corp | Nitrided steel articles |
RU2158320C1 (en) * | 1999-11-29 | 2000-10-27 | ОАО "Чусовской металлургический завод" | Low-hardening structural steel |
RU2496907C2 (en) * | 2008-03-18 | 2013-10-27 | Уддехолмс АБ | Steel, method for making steel workpiece, and method for making part from above said steel |
EP2383359A1 (en) * | 2008-12-19 | 2011-11-02 | Nippon Steel Corporation | Hardfacing steel for machine structure, and steel component for machine structure |
RU2455382C2 (en) * | 2009-01-16 | 2012-07-10 | Ниппон Стил Корпорейшн | Steel for induction hardening |
EP2634279A1 (en) * | 2010-10-27 | 2013-09-04 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Steel for surface hardening for machine structural use, and steel component for machine structural use and process for producing same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4924422B2 (en) | Low carbon sulfur free cutting steel | |
JP5503195B2 (en) | Steel for machine structure suitable for friction welding, manufacturing method thereof, friction welding component | |
JPWO2020040190A1 (en) | Manufacturing method of steel materials, forged heat-treated products, and forged heat-treated products | |
JP6652019B2 (en) | Machine structural steel and induction hardened steel parts for induction hardening | |
JP6515327B2 (en) | Bearing steel and method of manufacturing the same | |
CN111065755A (en) | Steel material having excellent rolling fatigue characteristics | |
KR20120015449A (en) | Steel for mechanical structuring | |
JPWO2016152167A1 (en) | Soft nitriding steel and parts and methods for producing them | |
JP6301145B2 (en) | Sleeve dog gear | |
JP2007113071A (en) | Case hardening steel having excellent rolling fatigue property and crystal grain coarsening prevention property | |
JP6918229B2 (en) | Steel piston | |
JP6477382B2 (en) | Free-cutting steel | |
CN109234626B (en) | Free-cutting steel for heavy-duty automobile hub bearing and manufacturing method thereof | |
RU2553764C1 (en) | Nitrated steel for gear wheels | |
JPWO2019177034A1 (en) | Steel | |
JP2017066468A (en) | Bearing component | |
JP2012117098A (en) | Free-cutting steel for cold forging | |
JP2018165403A (en) | Steel for carburizing having excellent low cycle fatigue strength and machinability, and carburized component | |
JP6477383B2 (en) | Free-cutting steel | |
RU2355785C2 (en) | Section iron made of boron steel of increased hardenability | |
JP5323369B2 (en) | Case-hardened steel with excellent machinability and grain coarsening prevention properties | |
JP4964060B2 (en) | Mechanical structural steel and mechanical structural parts with excellent strength anisotropy and machinability | |
JP6930662B2 (en) | Steel materials for steel pistons | |
JP5837837B2 (en) | High-hardness BN free cutting steel with a tool life of 300HV10 or higher | |
JP2009084589A (en) | Steel for machine structural use with excellent machinability, and parts for machine structural use |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160401 |