Аннотация
Введение 3
1 АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ 4
1.1 Условие работы детали 4
1.2 Требования предъявляемые к зубьям шестерен 5
2 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ 20
2.1 Описание детали 20
2.2 Гидроабразивная резка 22
2.3 Оборудование для пробоподготовки 25
2.4 Оборудование для оптической металлографии 30
2.5 Оборудование для определения микротвёрдости 32
2.6 Оборудование для определения химического состава металла
и фаз 34
3 Исследовательская часть 36
3.1 Анализ неметаллических включений 36
3.2 Анализ микроструктуры 40
3.3 Исследования на растровом электронном микроскопе 45
3.4 Микротвёрдость 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 58
Современные машины и механизмы трудно представить без зубчатых колес. В технике используют огромное количество шестерен. Лишь в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении общее количество ежегодно изготовляемых шестерен составляет около 50 млн. штук. Крупнейшими производителями шестерен являются также автомобильная промышленность и станкостроение.
Основной объем производства составляют цилиндрические шестерни (прямозубые и косозубые), в большом количестве изготавливают также конические шестерни, значительно меньше - шестерни червячных и комбинированных передач.
Наиболее массовыми являются шестерни коробок передач и трансмиссий автомобилей и тракторов, шестерни механизмов газораспределения двигателей внутреннего сгорания шестерни металлообрабатывающих станков.
В работе исследован брак шестерни ведомой конической 24 зуба применяемой в редукторах главной передачи грузового автомобиля Урал. Дефект представляет из себя выкрашивание рабочей поверхности зубьев.
Для выявления причин брака было проведено исследование при помощи оптической металлографии, растровой электронной микроскопии и микротвердомера.
На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:
1) Установлено, что поверхностный слой металла шестерни толщиной 200 мкм имеет структуру мартенсита и грубую ферритную сетку. При проведении цементации с последующей закалкой и низким отпуском цементированный слой должен иметь структуру высокоуглеродистого мартенсита. Полученные при помощи оптической металлографии и микро твердомера данные представляют структуру детали крупной ферритной сеткой и мартенситом. Появление феррита вблизи поверхности детали можно объяснить снижением углеродного потенциала в печи без прекращения нагрева, а также не соответствующей требованиям исходной структуре.
2) Цементированный слой имеет глубину 2,1 мм, хотя по требованию чертежа его глубина должна составлять 1.1,4 мм. Увеличение глубины цементированного слоя может привести к его хрупкому разрушению из-за недостаточной пластичности. Опираясь на полученные ранее данные можно увидеть, что диффузия углерода продолжалась после снижения подачи карбюризатора и следовательно нагрев не был прекращён.
3) Выявлена сильная разнозернистость структуры. На глубине порядка 1 мм наблюдается разнозернистая структура, балл зерна меняется от 3 до 6 (по ГОСТ 5639). В структуре наблюдаются зерна размером от 233 мкм до 3040 мкм. Крупное зерно сильно снижает ударную вязкость. Так как сталь наследственно мелкозернистая, то рост зерна произошел в результате перегрева.
4) Микроструктура основного металла состоит из троосто-сорбита, но помимо указанных структурных составляющих появляются участки феррита в количестве до 9%. Эта структура свойственна сталям после отливки не прошедшим гомогенезирующую обработку, и не допустима в готовом изделии.
5) По чертежу изготовление шестерни предусмотрено из стали 17ХГР, либо 18ХГР. Химический анализ на РЭМ показал присутствие титана. Таким образом материал шестерни не соответствует требованиям чертежа по марке стали.
6) Твёрдость поверхностного слоя, определённая на микротвердомере выше предельно допустимой на 3... 5 HRC на протяжении 1 мм.
Таким образом, проведя исследование для выявления причин брака шестерни из стали 18ХГТ можно сформировать конкретные причины его появления.
Выкрашивание поверхностного слоя металла произошло из-за нарушения технологического процесса изготовления детали, либо поломки оборудования. По всей видимости во время цементации была прекращена подача карбюризатора, а нагрев остановлен не был. Глубина цементированного слоя выше требуемой, с одновременным обезуглероживанием поверхностного слоя , что говорит о превышенном времени нахождения детали в печи. Крупное зерно образовалось в результате перегрева. Ферритная сетка на поверхности, большая глубина цементированного слоя, крупное зерно в середине цементированного слоя привели к хрупкому разрушению рабочей поверхности в процессе эксплуатации. Ликвация в основном металле приводит к преждевременному выходу из строя детали из-за разрушения. Замена марки стали при изготовлении детали недопустима. Брак является не исправимым.
