Коленчатый вал из стали 40ХНМА

Коленчатый вал является деталью ответственного назначения, так как работает в условиях тяжелого знакопеременного нагружения. Сталь 40ХНМА является легированной конструкционной высококачественной сталью. Состав стали: 0,40% С; 1% Cr;1% Ni; 1% Mo; S ≤ 0,030%; P ≤ 0,025%. Легирующие элементы Cr и Ni повышают прокаливаемость, а Мо исключает проявление отпускной хрупкости второго рода.

Чтобы обеспечить необходимые требования нужно иметь структуру сорбита отпуска по всему сечению вала диаметром 250 мм с сохранением высокой прочности и твердости 30…35 HRС. Так как сталь 40ХНМА флокеночувствительная, в качестве предварительной термической обработки назначается отжиг по антифлокенному режиму. Температуру нагрева определяем по диаграмме изотермического распада аустенита стали 40ХНМА (рисунок 3.12):

t_нагр = Ас₃ + (30…50)⁰С = 790+40=830⁰С.

Рисунок 3.12 – Диаграмма изотермического распада аустенита стали 40ХНМА

Технология антифлокенного отжига включает в себя копеж в печи при температуре 500…600⁰С с выдержкой при копеже из расчета 1 час на 25 мм сечения; нагрев до температуры аустенитизации производится со скоростью 30…40 град/ч, выдержка при температуре аустенитизации 830⁰С из расчета 1 час на 100 мм сечения; охлаждение до температуры переохлаждения 240…250⁰С со скоростью 30 град/ч, выдержка при этой температуре 1 час на 25 мм сечения, затем нагрев до температуры 640…660⁰С, при этой температуре – выдержка из расчета 2 часа на 25 мм сечения, затем медленное охлаждение, сначала со скоростью 30 град/ч до 400⁰С, далее, до 100⁰С – со скоростью 15 град/ч. Поковка выгружается на пролет при 100⁰С. График технологии представлен на рисунке 3.13.

3.13 – График технологии антифлокенного отжига поковок коленчатого вала

Длительная выдержка во время отжига при температуре 650⁰С, т.е. в перлитной области (см. рисунок 3.12, кривая охлаждения V_отж), когда высокая пластичность стали сочетается с большой скоростью диффузии водорода, способствует его удалению из поковки, а последующее медленное охлаждение способствует образованию ферритно-перлитной структуры с твердостью 240 НВ. После отжига поковка подвергается механической обработке. Вал обрабатывают с припусками под окончательную термическую обработку. Если деталь требует проверки механических свойств, то предусматривается также проба, из которой после окончательной термической обработки изготавливают образцы.

В качестве окончательной термической обработки для получения структуры сорбита отпуска принимаем улучшение (закалка на мартенсит с последующим высокотемпературным отпуском – рисунок 3.14).

Температура аустенитизации, как и при отжиге, принимается из расчета

Ас₃ + (30…50)⁰С = 830⁰С.

Время нагрева под закалку – из расчета 1,8 мин на 1 мм сечения (1,8∙250:60=7,5 ч), продолжительность выдержки при температуре 830⁰С – 1/3 времени нагрева, т.е. 2,5 часа). Охлаждение выполняем со скоростью выше критической.

Критическую скорость закалки находим по данным диаграммы изотермического распада аустенита (см. рисунок 3.12).

⁰/с.

Рисунок 3.14 – График технологии закалки и отпуска коленчатого

вала из стали 40ХНМА

Принимаем в качестве охлаждающей среды минеральное масло (как и бывает обычно при закалке конструкционных легированных сталей) и считаем скорость охлаждения при закалке V_з = 100⁰/с. Время пребывания вала в масле 1,5 часа [4].

После закалки структура стали представляет собой мартенсит закалки + аустенит остаточный, твердость 59…60 HRC.

Последующий высокотемпературный отпуск на сорбитную структуру: посадка в печь при температуре 300⁰С, нагрев со скоростью 70…80 град/ч до температуры 580…600⁰С, выдержка по 2 часа на 100 мм сечения и охлаждение со скоростью 70…80 град/ч. Охлаждение при отпуске медленное во избежание появления внутренних напряжений (для деталей ответственного назначения). Допустимость медленного охлаждения от температуры отпуска определяется наличием в стали молибдена, что объясняет нечувствительность ее к отпускной хрупкости второго рода.

Структура вала из стали 40ХНМА после отпуска: сорбит отпуска по всему сечению вала, твердость 25…30 HRC. Такая структура обеспечивает сочетание высокой прочности, пластичности и твердости, рациональной для данной детали.

Поиск по сайту: