SUM_07

16.04.2012

1

1/394/16/2012

SUMSelecţia şi Utilizarea Materialelor

Selectia materialelor si a tratamentelortermice pentru roti dintate

2/394/16/2012

Cerinţele unui dinte de roată dinţată

� oţeluri aliate tratate termic prin carburare (carbonitrurare) + călire şi revenire joasă = cea mai mare capacitate de preluare a solicitărilor;

� funcţie de durata de viaţă impusă, roţile carburate pot suporta tensiuni de contact de peste 2.000N/mm2 şi tensiuni de încovoiere de peste 600N/mm2;

� pe măsura extinderii cerinţei unor asemenea nivele de tensiuni va creşte importanţa cunoaşterii factorilor care definesc selecţia oţelurilor şi a procedeelor de execuţie (prelucrări mecanice, tratamente termice);

� pentru a produce roţi dinţate de înaltă calitate la un preţ de cost cât mai scăzut, trebuie cunoscute cerinţele impuse unui dinte

� dintele = elementul de rezistenţă care preia eforturile ce urmează a fi transmise de la motor la arborele care efectuează lucrul util al mecanismului din care face parte angrenajul;

16.04.2012

2

3/394/16/2012


� dintele este supus la următoarele tipuri de solicitări:

� solicitări statice (încovoiere),

� solicitări dinamice (de oboseală prin încovoiere şi şoc),

� solicitări de frecare între suprafeţele de contact (presiune de contact având caracter ciclic, uzare, încălzire);

� acţiunea chimică a mediului de lucru (lubrefiant).

� dacă o roată dinţată este supusă unor sarcini relativ mici în funcţionare (în principal solicitări de uzare), va fi suficientă doar o durificare a flancurilor dinţilor;

� pentru selecţie trebuie avută în vedere distribuţia tensiunilor pe conturul dintelui

� tensiunile de la baza dintelui au o importanţă deosebită

4/394/16/2012


� forţa normală F se descompune într-o componentă tangenţială Ft şi una radială Fr;

� componenta tangenţială produce la baza dintelui tensiuni maxime de întindere în A şi maxime de compresiune în B (epura I);

� componenta radială produce tensiuni de compresiune la baza dintelui (epura II);

� însumând, în punctul A apar tensiuni de întindere de valoare maximă, iar în punctul B, tensiuni de compresiune de valoare maximă (epura III);

� periculoase sunt numai cele de întindere, aplicate în regiunea din jurul punctului A, deoarece ele tind să “desfacă” dintele de obadă, pe când cele de compresiune din regiunea punctului B, tind să “îndese” dintele în obadă;

16.04.2012

3

5/394/16/2012


� în realitate, dintele nu este solicitat static, ci dinamic, (la intrarea în angrenare şi chiar în cursul angrenării apar şocuri)

� erorile de execuţie şi de montaj şi eventualele deformaţii elastice ale ansamblului de transmisie (axe, lagăre, etc.) conduc la încărcări neuniforme pe lungimea dinţilor;

� trebuie să se ţină seama de faptul că angrenarea nu se face practic doar pe un singur dinte şi deci sarcina se repartizează pe mai mulţi dinţi care participă simultan la transmiterea forţelor (îndeosebi la roţi cu dinţi înclinaţi);

� racordarea de la baza dinţilor joacă rolul unei “crestături” � concentrarea tensiunilor şi apariţia unor “vârfuri” de tensiuni în această zonă;

� durificarea prin călire de suprafaţă sau prin tratamente termochimice de nitrurare, carburare, carbonitrurare precum şi ecruisarea racordării neurmate de prelucrări mecanice, favorizează apariţia unor tensiuni remanente de compresiune care vor mări rezistenţa la oboseală a dintelui;

6/394/16/2012


� procesul de oboseală prin încovoiere conduce la amorsarea ruperii dintelui în zona tensiunilor de întindere (zona A);

� ulterior, fisura se propagă prin baza dintelui (rupere ductilă cu aspect fibros) şi în final se produce ruperea bruscă, de regulă cu aspect cristalin-strălucitor;

� o suprafaţă mare a ruperii fragile apare atunci când rezistenţa la oboseală a materialului a fost mică sau când solicitarea la încovoiere a fost mai mare decât cea calculată;

16.04.2012

4

7/394/16/2012


� ruperea fragilă poate fi şi consecinţa unei suprasolicitări dinamice întâmplătoare care depăşeşte rezistenţa secţiunii eficace la rădăcina dintelui;

� aspectul suprafeţei de rupere a dintelui prin încovoiere depinde de corelaţia dintre caracterul stării tensionale dezvoltate în secţiunea de rupere şi caracteristicile de rezistenţă mecanică ale materialului;

� starea tensională depinde de raportul dintre tensiunile maxime tangenţiale (τmax) şi normale (σmax) care acţionează în materialul dintelui;

� cu cât raportul este mai mare, cu atât starea tensională este mai “moale” iar ruperea va fi ductilă;

� la valori mici ale acestui raport apar stări tensionale “rigide”, ruperea având un caracter preponderent fragil;

8/394/16/2012


� cercetările au arătat că sub acţiunea solicitărilor de încovoiere ciclică pot apare trei aspecte ale ruperii: concavă, convexă şi convexă cu treaptă;

� dacă dintele este executat dintr-un oţel aliat pentru carburare având călibilitate mare şi valori de duritate în strat de 56÷58HRC, iar în miez de 35÷45HRC, ruperea se va amorsa în strat chiar în zona de racordare solicitată la întindere, după care va urmări o traiectorie curbilinie concavă atât în strat cât şi în miez (a);

� o asemenea rupere se produce şi în cazul dinţilor din oţeluri pentru îmbunătăţire durificaţi global la peste 40HRC;

16.04.2012

5

9/394/16/2012


� dacă dintele este executat din:� oţeluri pentru carburare cu călibilitate mare în strat şi scăzută în miez (o duritate de peste 60HRC în strat şi sub 30HRC în miez) sau din� oţeluri pentru îmbunătăţire călite ulterior în stratul de suprafaţă (peste 55HRC în strat şi sub 25HRC în miez),� modul de propagare a fisurii se modifică,

� fisura se va amorsa în strat (material rigid faţă de solicitare) şi se va propaga perpendicular pe profil sub acţiunea tensiunilor normale;� în schimb, miezul se va comporta ca un material “moale” faţă de solicitare astfel că ruperea va continua în acesta după o traiectorie care iniţial este tangentă la profil în zona interfeţei strat-miez şi ulterior devine curbilinie convexă (b);

� ruperea a fost denumită convexă cu treaptă;

10/394/16/2012


� dacă dintele este executat din oţeluri pentru îmbunătăţire care după tratamentul termic secundar au o structură sorbitică de revenire cu duritate de până la 30HRC pe întreaga secţiune, ruperea se va produce numai după o traiectorie curbilinie convexă (c).

� pe linia de contact dintre doi dinţi aflaţi în angrenare apar tensiuni de compresiune numite tensiuni de contact;

� valoarea maximă a acestora se obţine în polul angrenării, pe cercul primitiv, unde viteza de alunecare este nulă şi presiunea hidrodinamică nu se poate dezvolta (uleiul nu poate fi “împins” între suprafeţele aflate în contact);

16.04.2012

6

11/394/16/2012


� caracterul solicitării la presiune de contact este ciclic respectiv pulsatoriu astfel că suprafeţele în frecare (flancurile dinţilor) sunt de fapt solicitate la oboseală prin contact;� în acest caz deteriorarea flancurilor dinţilor are loc prin ciupire (pitting);� apariţia ciupiturilor se datoreşte în primul rând faptului că peste mişcarea de rostogolire a flancurilor dinţilor în contact se suprapune o mişcare de alunecare;� mişcările relative ale roţilor în angrenaje depind de tipul roţii (conducătoare, condusă) precum şi de poziţia faţă de cercul primitiv (tab. + fig.)

Către cercul primitiv Către bazăCătre capCătre bazăCondusă

De la cercul primitivCătre capCătre bazăCătre capConducătoare

Faţă de cercul primitivDeasupra cercului primitiv (+)Sub cercul primitiv (-)

Direcţia de alunecareDirecţia

de

rostogolire

Roata

Mişcările relative ale roţilor aflate în angrenare

12/394/16/2012


� alunecarea conduce la apariţia unor forţe de frecare orientate în sensul opus mişcării pe suprafaţa capului dintelui (alunecări pozitive) atât în roata conducătoare (la începutul angrenării) cât şi în cea condusă (la sfârşitul angrenării) şi în sensul mişcării pe suprafaţa bazei dintelui (alunecări negative);� forţele de frecare pot genera fisuri care pornesc de la suprafaţă spre interior, înclinate sub un anumit unghi faţă de suprafaţă, care se lărgesc continuu prin pătrunderea uleiului sub presiune şi cuprind un anumit volum de material care este apoi extras formându-se o ciupitură;� ciupiturile se formează sub acţiunea alunecărilor negative care apar atât în roata conducătoare cât şi în cea condusă pe suprafaţa piciorului dintelui şi care tind să “desfacă” microfisurile formate (ele se ramifică în mai multe direcţii astfel că o anumită porţiune din suprafaţa flancului dintelui va fi smulsă);

16.04.2012

7

13/394/16/2012


� principalele tipuri de distrugeri sub acţiunea oboselii de contact sunt: ciupirea de suprafaţă, ciupirea subfacială (la o anumită adâncime de suprafaţă) şi exfolierea (desprinderea unor bucăţi mai mari de material) � cel mai mare pericol de distrugere prin ciupire apare la roata conducătoare deoarece aceasta posedă de regulă un număr mai mic de dinţi cu raze de curbură mai reduse (acesta este motivul pentru care în general roata conducătoare are o duritate mai ridicată decât cea condusă);� deşi circa 70% din transmisiile prin roţi dinţate ies din funcţiune datorită oboselii prin contact, mai pot apare şi alte tipuri de uzare a flancurilor şi anume

� prin abraziune, sub acţiunea unor particule dure ajunse între suprafeţele în contact sau a proeminenţelor existente pe dintele mai dur; � prin aderenţă, în absenţa unei ungeri corespunzătoare timp îndelungat � prin coroziune, sub acţiunea chimică a unor substanţe din mediul de lucru al suprafeţelor în contact;

14/394/16/2012

Cerinţele impuse ol pentru roţi dinţate

� principalele caracteristici mecanice ale oţelurilor destinate execuţiei roţilor dinţate sunt:

� rezistenţa la oboseală prin contact pulsatoriu (σos),� rezistenţa la oboseală prin încovoiere pulsatorie (σoi) sau alternantă (σ-1) şi rezilienţa (KCU);� energia de rupere (KV);

� prima dintre aceste caracteristici se referă la flancul dintelui, iar celelalte două la miezul dintelui şi mai exact la secţiunea de la baza acestuia;� din acest motiv la roţile durificate în stratul de suprafaţă trebuie luate în considerare atât rezistenţa la presiunea de contact a stratului, cât şi proprietăţile miezului, acestea din urmă fiind în funcţie de starea structurală şi de tensiuni interne a racordării de la baza dintelui; � în majoritatea cazurilor, valorile caracteristicilor de oboseală se aproximează în funcţie de caracteristicile mecanice obţinute prin tracţiune statică;� la oţelurile îmbunătăţite care au o duritate de până la 35HRC şi o rezistenţă la rupere Rm≤1.000N/mm2 s-a constatat existenţa unei dependenţe liniare între

rezistenţa la oboseală prin încovoiere şi duritate: σ-1≈(16...20)⋅HRC, N/mm2;

16.04.2012

8

15/394/16/2012


� ţinând seama de faptul că la oţelurile nealiate hipoeutectoide Rm≈3,2⋅HB, iar la cele aliate hipoeutecoide, Rm≈3,5⋅HB, au fost stabilite următoarele corelaţii:

� la oţelurile carbon, σ-1=0,45⋅Rm, N/mm2

� la oţelurile aliate, σ-1=0,4⋅Rm+50, N/mm2

� rezistenţa la oboseală prin încovoiere pulsatorie poate fi aproximată: σoi=1,5⋅σ-1

�Pentru oţelurile semidure tratate termic prin îmbunătăţire (sub 40HRC) rezistenţa admisibilă la oboseală prin contact se determină cu relaţia:

�σosa=2,4⋅HB, N/mm2

16/394/16/2012


� pentru condiţii mai severe de solicitare, se recurge la durificarea roţilor dinţate fie prin căliri de suprafaţă, fie prin tratamente termochimice, iar în asemenea cazuri, relaţiile de aproximare a rezistenţei admisibile la oboseală de contact sunt:� durificarea prin călirea stratului de suprafaţă (peste 40HRC):

�σosa=18⋅HRC, N/mm2 ;�durificarea prin carburare urmată de călire şi revenire joasă a oţelurilor nealiate sau slab aliate având HRCmiez<40

�σosa=21⋅HRC, N/mm2;�durificarea prin carburare - călire - revenire joasă a oţelurilor complex aliate având HRCmiez>40:

�σosa=31⋅HRC, N/mm2;�durificarea prin nitrurare, cianizare şi carbonitrurare:

�σosa=28⋅HRC, N/mm2;

16.04.2012

9

17/394/16/2012


� din aceste relaţii se desprinde observaţia că rezistenţa la oboseală prin presiune de contact a roţilor dinţate carburate - călite - revenite jos se măreşte o dată cu creşterea rezistenţei miezului, aceasta putându-se realiza pe următoarele două căi:

� ridicarea conţinutului în carbon al miezului şi� concomitent, alierea sa complexă;

� astfel se explică tendinţa de mărire a conţinutului maxim în carbon al oţelurilor pentru carburare la circa 0,30% şi alierea cu mai multe elemente (în special formatoare de carburi) chiar dacă acestea se află în proporţii mai mici;� această tendinţă oferă şi avantaje de productivitate deoarece sunt necesare straturi mai subţiri şi deci carburarea este mai scurtă şi poate fi combinată cu călirea directă;� folosirea oţelurilor pentru carburare cu conţinut în carbon apropiat de 0,30% nu poate fi generalizată, deoarece la roţile dinţate supuse unor solicitări cu şocuri deosebit de mari nu se pot asigura valorile impuse pentru rezilienţă şi energie de rupere;

18/394/16/2012


� tratamentele de suprafaţă favorizează în plus creşterea rezistenţei la încovoiere statică şi ciclică;� experimental, au fost stabilite următoarele relaţii de aproximare a limitei de oboseală prin încovoiere alternantă:� la oţelurile nealiate semidure, tratate termic prin îmbunătăţire urmată de călire de suprafaţă şi revenire joasă, σ-1=0,55⋅Rm, N/mm2;� la oţelurile aliate semidure, tratate termic prin îmbunătăţire urmată de călire de suprafaţă şi revenire joasă, precum şi la oţelurile fără nichel tratate prin carburare - călire - revenire joasă , σ-1=0,55⋅Rm+50, N/mm2;� la oţelurile aliate cu nichel, carburate - călite şi revenite jos, σ-1=0,45⋅Rm+50, N/mm2;� alături de caracteristicile mecanice, oţelurile pentru roţi dinţate trebuie să mai răspundă următoarelor cerinţe: puritatea, ereditatea granulară, călibilitatea şi prelucrabilitatea prin aşchiere;

16.04.2012

10

19/394/16/2012


� puritatea, exprimată prin punctajul admisibil de incluziuni nemetalice, influenţează îndeosebi rezistenţa la uzare, rezistenţa la oboseală şi tenacitatea (KCU, KV);� efectul negativ al incluziunilor nemetalice este mai accentuat când ele se situează pe suprafeţele de lucru în racordarea de la baza dintelui;� incluziunile situate la o anumită adâncime de la suprafaţă sunt periculoase deoarece ele amorsează ciupirea subfacială;� cele mai periculoase sunt incluziunile oxidice dispuse în şiruri;� la execuţia roţilor dinţate greu sau foarte greu solicitate se impune selecţia oţelurilor cu punctaj pentru sulfuri maximum 4, punctaj maximum 3 pentru oxizi şi silicaţi, iar suma punctajelor pe acelaşi câmp microscopic să fie maximum 4;

20/394/16/2012


� ereditatea granulară prezintă o importanţă deosebită deoarece tendinţa accentuată de creştere a grăuntelui austenitic la carburare impune efectuarea unor tratamente termice ulterioare pentru finisarea granulaţiei miezului, evitându-se scăderea pronunţată a rezilienţei sau energiei de rupere;� � utilizarea unor oţeluri cu grăunte ereditar fin va permite aplicarea călirii directe după carburare şi deci reducerea costului operaţiilor de tratament termic;� o granulaţie austenitică grosolană a oţelurilor pentru carburare provoacă apariţia unor deformaţii mari la călire şi creşterea proporţiei de austenită reziduală;� o granulaţie fină micşorează adâncimea de pătrundere a călirii;� � la oţelurile pentru carburare, mărimea grăuntelui austenitic trebuie să corespundă punctajelor N=6÷8 (sau chiar mai fin la oţelurile complex aliate cu călibilitate ridicată);� la oţelurile pentru îmbunătăţire se recomandă aceleaşi valori ale punctajului de granulaţie (N=6÷8) cu particularitatea că în cazul călirii de suprafaţă este preferabilă o granulaţie fină şi omogenă care să permită obţinerea unor straturi uniforme şi durităţi corespunzătoare;

16.04.2012

11

21/394/16/2012


� călibilitatea se referă la dinte ca element de bază şi joacă un rol determinant atât pentru proprietăţile mecanice ale miezului cât şi ale stratului;� pentru ca la roţile dinţate îmbunătăţite să se obţină o rezistenţă maximă la oboseală prin încovoiere în masa dintelui acesta trebuie să se călească la minimum 80-90% martensită în centrul său considerat la mijlocul coardei gd;� această condiţie se impune şi prin necesitatea ca dintele să lucreze ca un element elastic, fără deformaţii remanente;� întrucât dintele are forma apropiată de o prismă, pentru a putea utiliza metodele de calcul ale diametrului critic, care se referă la piese cilindrice, este necesară determinarea diametrului echivalent;� secţiunea dintelui este practic un dreptunghi cu laturile aproximative l ≈ 2,3⋅m şi g = 1,57⋅m (m - modulul), ceea ce dă un raport l/g≈1,45, respectiv un factor f=1,26 şi deci un diametru echivalent Dech=f⋅g=1,26⋅1,57⋅m≈2⋅m;� cu alte cuvinte, suprafaţa şi centrul unui dinte se răcesc într-un mediu dat cu aceleaşi viteze cu care se răcesc suprafaţa şi centrul unei piese cilindrice având diametrul egal cu dublul modulului roţii dinţate;� la selecţia oţelului va trebui deci să se asigure realizarea durităţii minime la călire în centrul dintelui (respectiv obţinerea unei structuri cu minimum 90% martensită în acest punct);

22/394/16/2012


16.04.2012

12

23/394/16/2012


� acest calcul este valabil la roţile dinţate care suferă îmbunătăţire după matriţarea sau tăierea danturii;� dacă îmbunătăţirea se aplică semifabricatului laminat sau forjat va trebui să se ţină seama de grosimea acestuia şi se va urmări obţinerea proporţiei de minimum 90% martensită în zona în care urmează să fie tăiată dantura;� la roţile dinţate tratate termic prin îmbunătăţire şi călire de suprafaţă, îndeplinirea condiţiei de mai sus asigură automat şi obţinerea unei structuri complet martensitice în stratul exterior;� la oţelurile supuse tratamentului termochimic de carburare (carbonitrurare) urmată de călire şi revenire joasă, se impune determinarea călibilităţii atât pentru miez cât şi pentru strat (figura 6.9 b şi tabelele 6.2, 6.3);

48...5343...4630...3322...2514...1710...12Di, mm

13CrNi3517MoCrNi14

21MoMnCr12

17CrNi16

18MoCrNi06

18MnCr11

20TiMnCr12

28TiMnCr12

15Cr9

20Cr8

C10

C15

C20

Oţel

Călibilitatea stratului la oţelurile carburate (punctaj grăunte N=8 şi %C=0,90) pentru roţi dinţate

24/394/16/2012


1734123817MoCrNi14

2550183513CrNi35

61263513CrNi30

91884228TiMnCr12

81673820TiMnCr12

1734123821MoMnCr12

1836133318MoCrNi06

4833017CrNi16

51043318MnCr11

61253520Cr8

51043015Cr9

48332C20

36230C15

36225C10

lcr medie, mmHRCminimă

Modulul maxim permis, mmDech max, mm80% martensităOţel

Călibilitatea miezului la oţelurile pentru carburarea roţilor dinţate.

16.04.2012

13

25/394/16/2012


� în privinţa miezului, pentru asigurarea rezistenţei la încovoiere este necesară realizarea unei proporţii de minimum 80-90% martensită în centrul dintelui (80%

pentru roţile greu solicitate, 90% pentru cele foarte greu solicitate);� ţinând seama de grosimea dintelui şi de nivelul rezistenţei necesare în miez, oţelurile se împart în trei grupe de călibilitate:

� redusă (oţeluri nealiate sau slab aliate cu sub 0,20%C, care asigură o duritate în miez de 15-25HRC),� medie (oţeluri slab aliate cu 0,20-0,30%C, care asigură o duritate în miez de 25-35HRC) şi� ridicată (oţeluri complex aliate, cu nichel, care asigură o duritate în miez de 35-45HRC;

� în toate cazurile limita superioară este pentru roţi dinţate cu modul m≤4, iar limita inferioară este pentru roţi dinţate cu modul m>8);� calculul se face şi în acest caz ţinând seama de faptul că dintele se poate echivala cu o piesă cilindrică având diametrul de două ori mai mare decât modulul roţii dinţate;

26/394/16/2012


� nivelul rezistenţei la oboseala de contact şi mai ales durabilitatea roţii nu sunt determinate doar de duritatea suprafeţei ci şi de distribuţia acesteia în strat, prin a cărui grosime se propagă tensiunile hertziene;� ideal ar fi ca duritatea să fie maximă şi constantă în strat însă datorită scăderii conţinutului în carbon şi a distribuţiei preferenţiale a elementelor de aliere în stratul carburat şi călit, duritatea scade de la suprafaţă către miez;� prelucrabilitatea prin aşchiere reprezintă o proprietate tehnologică foarte importantă a oţelurilor pentru roţi dinţate atât din punctul de vedere al productivităţii cât şi al calităţii suprafeţei aşchiate;� în plus, la producţia de serie mare şi de masă trebuie să se obţină o durabilitate ridicată a sculelor şi abateri uniforme ale dimensiunilor piesei;� îndeplinirea acestor condiţii, uneori contradictorii, este posibilă prin aplicarea unor tratamente termice care să asigure o structură optimă de prelucrare;� în tabelele următoare sunt indicate tratamentele termice favorabile prelucrărilor prin strunjire şi găurire, respectiv prin danturare şi broşare;

16.04.2012

14

27/394/16/2012


Ferită + Perlită + Bainită160...220100°C/h85042MoCr11

Ferită + Perlită parţial globulizată160...210250°C/h85017MoCrNi14

Ferită + Perlită parţial globulizată150...200250°C/h85018MnCr11

Perlită + Ferită200...230aer liniştit850C50

Ferită + Perlită160...180aer liniştit850C35

Ferită + insule rare de perlită120...140aer liniştit900C10

RăcireTînc, °C

MicrostructurăDuritatea, HB,

daN/mm2

Parametri de

tratament

Marca de oţel

TT de normalizare şi de recoacere completă, favorabile prelucrărilor prin strunjire şi

găurire.

28/394/16/2012


179...229aer liniştit4568090034MoCr11

160...195aer liniştit12065090017MoCrNi14

156...192aer liniştit4565090018MnCr11

149...187aer liniştit12065090017CrNi16

tmen, minT, °C

Duritatea HB,

daN/mm2

RăcireMenţinerea izotermăTemperatura de

austenitizare,

°C

Marca de

oţel

TT de recoacere izotermă favorabile prelucrărilor prin danturare şi broşare.

16.04.2012

15

29/394/16/2012

Procesul de selecţie a oţelurilor

� înainte de selecţia oţelului, proiectul unei roţi dinţate trebuie să includă următoarele determinări:

� tensiunea de contact la cel mai coborât punct al contactului dintelui singular pe pinion;� tensiunea maximă de încovoiere în zona de racordare de la baza dintelui;� sarcina de strivire a stratului de suprafaţă la cel mai coborât punct de contact cu un singur dinte;� temperatura interfeţei cuplului de roţi în angrenare la vitezele maxime anticipate;� nivelul şi viteza de aplicare a suprasarcinilor şi temperatura minimă la care acestea se vor produce;

30/394/16/2012


� dacă proiectantul nu este limitat de spaţiu, greutate sau costuri, ar putea recurge la o supradimensionare pentru a trece peste cerinţele cele mai ridicate privind calitatea oţelului;� acest lucru nu este însă de dorit deoarece fie costul fie una sau mai multe dintre cerinţele de proiectare vor depăşi următoarele valori limită (roţi dinţate carburate):

� tensiunea de contact: 1.500N/mm2;� tensiunea de încovoiere: 650N/mm2;� tensiunea de forfecare în substrat: 55% din limita de curgere la forfecare;� temperatura interfeţei: maxim 260°C cu temperatura băii de ulei 90°C;

� aceste valori sunt valabile pentru oţeluri aliate cu unul sau mai multe dintre elementele Cr, Ni sau Mo;� oţelurile carbon tratate termic convenţional sunt capabile să suporte 80% din valorile tensiunilor de mai sus;

16.04.2012

16

31/394/16/2012


� procesul de selecţie va exclude următoarele categorii de oţeluri:� oţelurile care au un conţinut ridicat de incluziuni nemetalice, ca de exemplu cele semicalmate şi/sau resulfurate (peste 0,05%S);� mărcile care prezintă o prelucrabilitate scăzută sau aleatoare prin aşchiere;� oţelurile cu grăunte ereditar grosolan sau cele dezoxidate cu aluminiu (se recomandă oţelurile dezoxidate cu siliciu, având un grăunte ereditar fin);� mărcile caracterizate printr-un echilibru modest între elementele de aliere formatoare de carburi şi cele durificatoare ale matricei (de exemplu 18MnCr11 şi 20MnCr12). Cele mai favorabile sunt oţelurile Cr-Mo-Ni la care conţinutul în carbon al suprafeţei carburate este sub 1%;

32/394/16/2012


�următoarea etapă în selecţia oţelului constă în determinarea vitezei de răcire la călire în zona de racordare de la baza dintelui;� pentru roţile dinţate cu forme simple aceasta poate fi apreciată cu ajutorul curbelor din figura;

16.04.2012

17

33/394/16/2012


� legătura dintre viteza de răcire în zona de racordare a bazei roţilor conduse şi cea a suprafeţei barelor rotunde călite în aceleaşi condiţii este arătată în figură;

34/394/16/2012


� adâncimea stratului carburat se controlează de obicei prin măsurarea penetrării carbonului în secţiunea piesei necălite, tendinţa este către o adâncime durificată de până la 50HRC;� conform figuri anterioare ne putem aştepta ca adâncimea stratului durificat de la baza dintelui, cu o duritate de peste 50HRC la o roată condusă având modulul m=4 să fie aproximativ aceeaşi cu cea obţinută la o bară din acelaşi oţel având un diametru de aproximativ 50mm, care a fost tratată termic în aceleaşi condiţii;� în continuare câteva sugestii privind calitatea microstructurii dorite:

� dacă tensiunile de contact şi de încovoiere sunt cu mult mai mici decât valorile maxime prezentate anterior (cu până la 50% mai scăzute), microstructura nu are o importanţă majoră, selecţia oţelului pentru carburare se va face pe baza călibilităţii stratului în termeni de duritate, utilizând benzile de călibilitate;� pe măsură ce nivelul tensiunilor se apropie de cel maxim prezentat, devine tot mai importantă microstructura stratului;

16.04.2012

18

35/394/16/2012


� dacă se depăşesc valorile maxime sugerate, microstructura va fi considerată o cerinţă fixă, excepţie fiind cazul în care durata de viaţă impusă este mai mică de 105 cicluri (pentru durate de viaţă de cel puţin 107 cicluri se recomandă ca tensiunea de contact să nu depăşească 1.900N/mm2, sau tensiunea de încovoiere să fie sub 830N/mm2);

� în vederea obţinerii unei capacităţi maxime de încărcare, microstructura oţelurilor considerate nu trebuie să conţină în stratul carburat bainită superioară, perlită şi carburi dispuse sub formă de reţea pe limitele grăunţilor;� influenţa cantităţii de bainităşi/sau de perlită asupra scăderii capacităţii de încărcare la solicitări de contact este arătată în figură

36/394/16/2012


Obs. Oţelurile nestandardizate în ţara noastră au fost simbolizate după criteriul compoziţiei chimice.

…

20MoCrNi0620MoCrNi0620MoCrNi0620MoCrNi0620MoCrNi0620MoCrNi0611,10

20MoCrNi0620MoCrNi0620MoCrNi0620MoCrNi0620MoCrNi0620MoCrNi069,50

20MoCrNi0620MoCrNi0620MoCrNi0620MoCr0520MoCr0520MoCr057,90

20MoCrNi0620MoCrNi0620MoCrNi0620MoCr0520MoCr0520MoCr056,35

20MoCr0520MoCrNi0620MoCrNi064,80

22Mn1522Mn1522Mn1522Mn1522Mn1522Mn153,17

C20C20C20C20C20C201,60

0,80%0,90%1,10%0,80%0,90%1,10

Conţinutul în carbon la suprafaţă

Roţi dinţate reîncălzite pentru călireRoţi dinţate călite directViteza de

răcire ca

distanţă

Jominy, mm,

la care se

obţine o

duritate de

60HRC

Criteriul durităţii la selecţia oţelurilor carburate pentru roţi dinţate.

16.04.2012

19

37/394/16/2012


� s-a demonstrat anterior că cele mai importante caracteristici inginereşti ale oţelurilor tratate termic sunt dependente în principal de microstructură şi nu de duritate;� proporţia de martensită din microstructură poate fi estimată pornindu-se de la valorile durităţii şi cunoscând concentraţia în carbon, dar în anumite cazuri acurateţea acestor corelaţii este foarte scăzută (vezi figura);

� valori de duritate de peste 60HRC cu 0,83 şi 0,97%C sunt considerate în general ca fiind corespunzătoare unei microstructuri de 100% martensită;� totuşi în exemplul arătat pentru oţelul 20MoCrNi06, pe curba de 0,97%C, începutul de formare a bainitei, DFB, (DFB este distanţa Jominy de formare a 1% bainită) se situează la o distanţă Jominy de circa 10mm; pe curba de călibilitate de 0,83%C DFB=15mm; în consecinţă, produsele nedorite de transformare pot apare şi la durităţi de circa 65HRC;

38/394/16/2012


� relaţiile de calcul a DFB pentru două metode de tratament sunt următoarele: � carburare la 930°C, prerăcire în cuptor la 820°C şi călire directă� DFB=25,4⋅(4,038⋅Si-0,448⋅Mn+0,319⋅Ni-0,813⋅Cr+3,942⋅Mo-0,107⋅B-12,804⋅S-56,414⋅P), mm� carburare la 930°C, răcire în cuptor la temperatura ambiantă, reîncălzire la 820°C, călire� DFB=25,4⋅(0,215⋅Mn-0,494⋅Si+0,586⋅Ni+0,583⋅Cr-2,094⋅Mo+0,54⋅B-1,343⋅S+2,789⋅P), mm;

� calculul valorilor DFB permite selecţia mărcii de oţel în modul următor: se consideră o roată dinţată de modul m=5 şi secţiune în formă de T care va fi călită direct după carburare;� din figură rezultă că viteza de răcire în zona de racordare a bazei dintelui călit în ulei agitat corespunde distanţei Jominy de 6,3mm;� analizând valorile calculate ale DFB se va constata că oţelul cu cel mai scăzut cost având DFB minimă de 6,3mm este 15Cr9;� alături de microstructură, un rol deosebit îl are adâncimea stratului durificat prin carburare urmată de călire şi revenire joasă (cu ajutorul nomogramei din figură se poate determina adâncimea optimă a acestuia);

16.04.2012

20

39/394/16/2012


� fiecare 0,1mm strat carburat costă energie şi timp consumat;� din exemplul considerat în această figură rezultă că adâncimea de strat poate fi micşorată de la 0,9mm la 0,5mm, dacă vom fi mulţumiţi cu 86% din rezistenţa maximă la presiune de contact posibilă de atins;� durata de carburare la 920°C ar putea fi astfel redusă la circa 60%

din cea iniţială;

SUM_07

Documents

Transcript of SUM_07