Повышение износостойкости крупногабаритных колец подшипников

Министерство образования  Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра “Материаловедение  в машиностроении”

 

 

 

 

 

 

                                                                          «УТВЕРЖДАЮ»

                                                                           Заведующий кафедрой

                                                             «Материаловедение в машиностроении»

                        доктор техн. наук,

                           Константинов В. М.

                                  «__» __________ 2013 г.

 

                                      «ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ»

                 Руководитель

                                                        кандидат технических наук, доцент

                         Менделеева О. Л.

                                     «__» __________ 2013 г.

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовой работе на тему

 

________________________________________

 

 

 

 

 

 

Руководитель                                                                                           Менделеева О. Л.

канд. техн. наук, доцент                                                                         «__» _________ 2013 г.

 

Исполнитель,                                                                                           __________________  

ст.гр.104219                                                                                             «__» _________ 2013 г.

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УДК 621.785.52

Реферат

Курсовая работа по курсу  «Теория и технология химико-термической  обработки» на тему «Повышение износостойкости крупногабаритных колец подшипников». Менделеева 0.Л., Жибрик Д.М. Белорусский Национальный Технический Университет. - Минск. 2012

Курсовая работа: с.23,  рис.3, табл.4

 

КОЛЬЦО ПОДШИПНИКА. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ  ОБРАБОТКА. ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ. ЦЕМЕНТАЦИЯ. СТРУКТУРА ЦЕМЕНТАЦИОННОГО СЛОЯ. ДЕФЕКТ.

 

Цель данной курсовой работы – с помощью выбранной химико-термической и термической обработками получить на поверхности кольца подшипника высокую твёрдость (износостойкость), вязкую сердцевину.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                       Содержание

ВВЕДЕНИЕ. 5

1.Условия  работы и описание детали. 6

2. Выбор материала. 8

3.Постановка  задачи. 11

4.Обоснование  и выбор процесса и технологии  химико-термической обработки. 12

5.Технология  газовой цементации и последующей  термической обработки. 16

6.Структура  стали 20Х2Н4А после проведения  ХТО и последующей ТО. 17

7.Виды брака  при цементации и способы его  устранения. 18

8.Оборудование  для провеления ХТО и его  характеристика. 20

Список использованных источников. 23

Приложение  №1. 24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

  Подшипник — сборочный узел, являющееся частью опоры или упора, которое поддерживает вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции.

  В опорах современных механизмов машин широко используют подшипники качения. Как правило, применение подшипников является более экономически обоснованным, чем использование других видов опор. В настоящее время количество ежегодно изготавливаемых в мире подшипников измеряется несколькими миллиардами штук. Поэтому понятно, какое большое экономическое значение имеют научно-исследовательские работы, направленные на решение проблемных вопросов, связанных с применением подшипников качения (ограниченные сроки их службы при высоких скоростях и нагрузках, снижение рассеивания показателей их долговечности).

  Подшипники являются ответственными деталями машин н механизмов.Они во многом определяют точность и производительность металлорежущих станков, надежность электродвигателей, экономичность, качество автомобилей.

тракторов, вагонов и т.д. Подшипники в процессе эксплуатации находятся в сложных и жестких условиях нагружения для которых характерны: высокая статическая грузоподъемность; высокое сопротивление контактной усталости: износостойкость, в том числе абразивная: высокое сопротивление малым пластическим деформациям; размерная стабильность и т.д. Решение этих проблем, прежде всего, связано с упрочнением поверхностных слоёв изделий.

  Изменить свойства поверхностных слоёв можно различными способами: нанесением на поверхность нового материала с необходимыми свойствами; изменением состава поверхностного слоя металла. При изменении состава поверхностного слоя металл подвергают диффузионной химико-термической обработке (ХТО), в результате которой изменяется химический и фазовый состав, структура и свойства поверхностного слоя материала, что позволяет получить комплекс необходимых свойств - физических, химических, механических и других.

.

1.Условия работы и описание детали.

 Подшипник является частью опоры, которая поддерживает ось, вал или какую-нибудь другую конструкцию, обеспечивает конструкции вращение или перемещение (линейное) с минимальным сопротивлением, принимает нагрузку и передаёт на другие части конструкции.  Основной функцией подшипников  является уменьшение трения и износа. Не сложные подшипники состоят из трех основных элементов; тела качения, наружное и внутреннее кольца, и сепаратор.

 Во время работы крупногабаритного подшипника в зоне контакта тел качения и колец возникают большие напряжения, деформации, силы трения и ударные нагрузки. При этом продолжительное время должны обеспечиваться высокая точность вращения, отсутствие вибраций и нормальная температура. Для достижения этого  конструкционные материалы тел качения и колец подшипников должны соответствовать следующим требованиям:

• иметь высокую твердость и высокую износостойкость,
• быть ударостойкими,
• обладать большой усталостной долговечностью,
• со временем значительно не изменять свои размеры,
• быть экономичными и простыми в использовании.

Негативное влияние на эксплуатационные свойства сталей, которые являются наиболее применяемыми материалами  в подшипниковом производстве, оказывают  неметаллические соединения (например: сера, фосфор и кислород), образующиеся при выплавке стали:

• в результате реакции компонентов металла с растворенным в нем кислородом, серой и азотом,
• вследствие эрозии огнеупоров металлургических печей,
• из-за попадания частиц шлака и включений из ферросплавов и руды, которые не успели всплыть или раствориться и т.д.

Подшипник 2007148

Подшипник является роликовым, радиально-упорным, однорядным, основного конструктивного исполнения.

 

 

 

Технические характеристики подшипника 2007148

• Внутренний диаметр – 240 мм;
• Наружный диаметр – 360 мм;
• Ширина – 76 мм;
• Масса – 26 кг;
• Количество роликов в подшипнике — 27 шт.;
• Размер ролика — 26,74х28,6/53,3 мм;
• Грузоподъемность динамическая — 690 кН;
• Грузоподъемность статическая — 1462 кН;
• Максимальная номинальная частота вращения — 1200 об/мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор материала.

 

 Для изготовления колец и элементов качения подшипников, в основном, используют высокоуглеродистую хромистую сталь. Так как крупногабаритное кольцо подшипника 2007148 БелАЗ 7548А должно противостоять большим ударным нагрузкам, то в этом случает применяют низкоуглеродистую сталь. Такая сталь после науглероживания на соответствующую глубину обладают достаточной поверхностной прочностью, являются более ударопрочными, чем  закаленные высокоуглеродистые стали, так как имеют более мягкий внутренний слой, поглощающий энергию.

Таблица 1.-Выбор марки  стали.

Марка стали	Механические свойства
	σ0,2, МПа	σв, МПа	δ, %	ᵠ,%	КСU Дж/см	HRC
18ХГТ	880	980	9	50	80	56-62
12Х2Н4А	930	1200	10	50	90	57-63
20Х2Н4А	1100	1300	9	45	80	59-64
Требуемые свойства	1050	1250	9	-	80	56

Для цементуемых деталей подшипников наиболее целесообразно использование стали 20Х2Н4А.

 

 

 

 

 

 

 

Характеристика  выбранного материала.

Марка :	20Х2Н4А
Заменитель:	20ХГНР, 15ХН2ТА, 20ХГНТР
Классификация :	Сталь конструкционная легированная
Дополнение:	Сталь хромоникелевая.
Применение:		Шестерни, вал-шестерни, пальцы и другие цементуемые особо ответственные высоконагруженные детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины и высокой поверхностной твердости, работающие под действием ударных нагрузок или при отрицательных температурах.

 

Таблица 2.-Химический состав 20Х2Н4А ГОСТ   4543 - 71 

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
0.16 - 0.22	0.17 - 0.37	0.3 - 0.6	3.25 - 3.65	до   0.025	до   0.025	1.25 - 1.65	до   0.3

 
Температура критических  точек 20Х2Н4А.

Ac1 = 710 ,      Ac3(Acm) = 800 ,       Ar1 = 640

 
Технологические свойства 20Х2Н4А .

Свариваемость:	трудносвариваемая.
Флокеночувствительность:	чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости:	малосклонна.

 

 

 

Таблица 3.-Физические свойства материала 20Х2Н4А .

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2.03			7850
100			24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Постановка задачи.

1.Провести сравнительный анализ свойств стали 20Х2Н4А после различных видов ХТО.

2.Затем произвести выбор химико-термической обработки, после которого будут достигнуты требуемые механические свойства.

3.Выбрать и  охарактеризовать  оборудование, в котором будет  проводится ХТО.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Обоснование и выбор процесса и технологии химико-термической обработки.