Вплив зниження вмісту титану на прогартовуваність підшипникової сталі

Размещено на http://www.allbest.ru

Луцький національний технічний університет

Вплив зниження вмісту титану на прогартовуваність підшипникової сталі

Т. Овчарук - ст. гр. ПМм-11

В статті проведено аналіз структурних змін та структури в процесі термічної обробки різних підшипникових сталей, визначено вплив титану на утворення мартенситу у таких сталях з метою вибору оптимального режиму та вмісту Ті у підшипникових сталях.

Постановка проблеми. Для усіх без виключення деталей машинобудівної галузі і не лише проводиться обов'язкова термічна обробка, яка формує їх структуру і забезпечує необхідні властивості, які є запорукою роботоздатності та надійності таких виробів і агрегатів вцілому. Підшипникова сталь - це спеціальна сталь, що відрізняється високою зносостійкістю і втомною міцністю при коченні. В якості матеріалів підшипників використовуються високовуглецеві хромисті сталі, деякі види нержавіючої та жароміцної сталі [1]. Термічна обробка цих сталей є важливим фактором для забезпечення їх структури, а ступінь легування окремими елементами суттєво впливає на її якість.

Режим термічної обробки обирається на основі типового режиму термообробки, після ряду підготовчих операцій, необхідних для того щоб усунути можливість винекнення різного роду дефектів, та створити передумови для необхідної структури. Однак після проведення термічної обробки у промислових масштабах дуже часто виникає ряд дефектів, які є непридатними для готових виробів, а саме: недоліки структурного характеру, що провокують зміни властивостей.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. З огляду сучасних літературних джерел та інформаційних електронних видань було встановлено, що технологія термічної обробки підшипникових сталей полягає у гартуванні та відпуску. Враховуючи особливості легування, геометричної форми, розмірів і призначення елементів підшипників варто враховувати основні технологічні параметри обробки та обладнання для її проведення. Усе це формує ключові властивості готових виробів.

Під час гартування завантаження зовнішніх кілець в гартувальну піч проводиться після повного прогріву печі до потрібної температури. Кільця завантажують автоматично в один ряд широким торцем вниз. Далі деталі нагрівають до температури 830°С. Час нагріву становить 17.0...28.0 хв, що залежить від типу кілець. Охолодження деталей проводять шляхом занурення в оливу маслобаку з температурою 30...60°С і часом витримки 10 хв [2].

Бажаною структурою після загартування э дрібноголчастий мартенсит та залишкові карбіди. Промивку деталей проводять душовим методом в миючій двокамерній машині з температурою миючого розчину: Ті рівне 28.35°С; Т2 рівне 5..,10°С. Просушує кільця рухома форсунка за допомогою стиснутого повітря.

У відпускній печі деталі нагрівають до температури 160...165°С та витримують протягом 2,5 год на повітрі. Низький відпуск забезпечує структуру мартенсит відпуску з твердістю 62.65 HRC, підвищує міцність і дещо покращує в'язкість без помітного зниження показників твердості. Структура після відпуску - дрібноголчастий мартенсит із рівномірно розподіленими залишковими карбідами [2]. Вивантаження оброблених деталей відбувається шляхом вільного падіння з вихідного конвеєра в підготовлену тару, на картону підкладку. При цьому висота падіння не повинна перевищувати 200 мм.

Метою дослідження було визначити вплив вмісту титану на прогартовуваність підшипникової сталі експериментально.

Завданням дослідження було проведення мікроструктурного аналізу термічної обробки зовнішніх кілець підшипника, виготовлених зі сталей ШХ15 ПВ та ШХ15 ПВЬТі та аналіз впливу зниження вмісту титану на прогартовуваність підшипникової сталі.

Для дослідження було проведено термічну обробку зовнішніх кілець підшипника типу OM-LM-503349, виготовлених з різних марок сталей. ШХ15 ПВ та ШХ15 ПВЬТі різняться за відсотковим вмістом титану. ШХ15 ПВ містить не більше, ніж 0,005% Ті, тоді ж як ШХ15 ПВЬТі - не більше, ніж 0,003%.

Результати досліджень. Габаритні розміри зовнішнього кільця OM- LM-503349: зовнішній діаметр кільця становить 74.975 мм, внутрішній - 62 мм, ширина кільця - 14 мм, конусність - 1,6 мм, непостійність 0,15 мм. Кут конусності складає 13,05°. Твердість сягає 61.65 HRC. Маса деталі 0,3 кг.

Мікроструктурний аналіз було проведено за допомогою металографічного мікроскопу МТ 8100 при збільшенні 1000 разів. Спостереження полірованої поверхні мікрошліфа в світлому полі мікроскопа не виявляє жодних елементів та складників структури, окрім неметалевих виділень та порушень суцільності металу. Для виявлення мікроструктурних ознак, невидимих під мікроскопом на полірованій поверхні, застосовується хімічне травлення [3]. титан прогартовуваність підшипниковий сталь

Правильно проведена металографічна підготовка зразка металу дозволяє визначити тип, кількість, морфологію та розподіл характерних фаз і структурних компонентів даного матеріалу. Одним словом, металографічне мікроскопічне дослідження полягає у спостереженні під мікроскопом мікроструктури належним чином підготовленої поверхні металевого зразка.

Для забезпечення чіткого нерозмитого зображення приповерхневої структури мікрошліфів поверхня їх країв повинна бути такою ж плоскою, як і поверхня центральних ділянок.

Для хімічного травлення поліровану поверхню мікрошліфа занурюють у відповідний хімічний реактив (травник) і витримують в ньому протягом певного часу (до потьмяніння і втрати блиску). Як реактив для травлення використовувався 2...4 % спиртовий розчин азотної кислоти [4]. Тростит в загартованій сталі виявляють шляхом більш слабшого травлення у вказаному раніше розчині азотної кислоти (перед травленням на мартенсит).

Твердістю називають опір поверхневих шарів металу локальній пластичній деформації, що виникає при втискуванні в поверхню металу твердого тіла (індентора) при певному навантаженні. Значення твердості дає можливість оцінити механічні властивості металів і їх придатність для роботи в конструкціях.

а б

Рисунок 1 - Мікроструктура сталі ШХ15 ПВ (а) та ШХ15 ПВLTi (б).

Травлено. Ч1000

На мікрошліфах, виготовлених зі сталі ШХ15 ПВ в структурі спостерігається дрібноголчастий мартенсит з рівномірно розподіленими карбідами та незначні вкраплення середньоголчастого мартенситу (рис. 1, а). Ця структура цілком забезпечує необхідні механічні властивості. Твердість таких кілець рівна 63,0 HRC. Що вказує на добру прогартовуваність деталі.

На мікрошліфах, виготовлених зі сталі ШХ15 ПВЬТі в структурі спостерігається рівномірний дрібноголчастий мартенсит з рівномірно розподіленими карбідами (рис. 1, а). Це саме та структура, яка забезпечує необхідні механічні властивості. Твердість таких кілець рівна 63,0 HRC. Така структура вказує на знижену прогартовуваність сталі.

Титан має більшу спорідненість до вуглецю, ніж хром. При кристалізації титан утворює дисперсні карбіди, які сприяють подрібненню структурних складових, що добре позначається на зносостійкості, але водночас пришвидшує швидкість прогартовуваності. Зміна режиму термічної обробки (зменшення температури гартування) може призвести до утворення трооститу, що є небажаною структурою у деталях підшипника [5].

Висновок

Згідно з виконаними дослідженнями мікроскопічного аналізу було встановлено, що при зменшенні відсоткового вмісту титану від 0,005% до 0,003% знижується прогартовуваність сталі, що дозволяє отримати більш дрібну структуру, не змінюючи режим гартування кілець. Основні результати досліджень представлено у таблиці 1.

Таблиця 1. - Результати дослідження

Список посилань

Гайдамака А. В. Підшипники кочення. Базові знання та напрямки вдосконалення / А. В. Гайдамака.// Навч. посіб. - Х. : НТУ «ХПІ», 2009. - с. 6-11.

Підшипникова сталь [Електронний ресурс] - Режим доступу до ресурсу: https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%96%D0%B4%D1%88%D0 %B8%D 0%BF%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B0_%D1% 81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C

Сологуб М.А. Технологія конструкційних матеріалів / М.А. Сологуб, І.О. Рожнецький, О.І. Некроз та ін.// Підручник: за ред. М.А. Сологуба. - 2-ге вид.,перероб. і допов. - К.: Вища шк.,2002.

Зельбет В.М. Виды и причины разрушений деталей подшипников вишедших из строя в процесе испитаний и експлуатации / В.М. Зельбет, А.И. Репина.// Москва 1992.

Waclaw Luty Metaloznawstwo i obrobka cieplna stali tozyskowych/

Waclaw Luty// WN-T 1980 - 448

Науковий керівник - к.т.н., доцент Н.П. Зайчук

Размещено на Allbest.ru