air hardening steel bg

Slide 1

СтоманиСтомани,, закаленизакалени нана въздухвъздух((самозакаляващисамозакаляващи сесе , , мартензитнимартензитни стоманистомани))

Квалификационна лекция

ПРОЕКТ

XX--GEARGEARРазработванеРазработване нана зъбнизъбни предавкипредавки нана базатабазата нана новинови

материалиматериали ии новинови системисистеми зъбнизъбни колелаколела(COLL(COLL--CTCT--2006 2006 договордоговор 030433)030433)

Slide 2СъдържаниеСъдържание нана лекцияталекцията• Материали за зъбни колела

– Ковани стомани

• Повърхностно уякчени стомани

• Обемно уякчени стомани

– Изисквания към стоманите за зъбни колела

– Общи сведения относно стоманите за зъбни колела

• Стомани, закалени на въздух (самозакаляващи се, мартензитни стомани)– Предимства на закалените на въздух стомани

– Производител на закалени на въздух стомани

– Закалени на въздух стомани за X-GEAR

– Производство на закалени на въздух стомани– стомани OvatecTM

• Стомана OvatecTM 277– Химически състав - OvatecTM 277

– Металургична чистота - OvatecTM 277

– Характеристики на фазовото превръщане - OvatecTM 277

– Твърдост и скорост на охлаждане - OvatecTM 277

– Механични свойства - OvatecTM 277

– Ударна жилавост - OvatecTM 277

– Термична обработка - OvatecTM 277

– Технология за производство на зъбни колела - OvatecTM 277

• Стомана OvatecTM 677– Химически състав и характеристики на фазовите превръщания – OvatecTM 677

– Твърдост и скорост на охлаждане – OvatecTM 677

– Механични свойства – OvatecTM 677

– Термична обработка – OvatecTM 677

– Технология за производство на зъбни колела – OvatecTM 677

• Експериментално изследване на стомани Ovatec TM на уморна издържливост-- Съоръжение за изпитване на умора на огъване с въртене RBF( RBF-Rotating Bending Fatigue)

• Стомана 17CrNiMo6 – резултати от изпитване на RBF

• Стомана OvatecTM 677L – резултати от изпитване на RBF

• Стомана OvatecTM 277L – резултати от изпитване на RBF

• Заключения върху резултатите от изпитване на умора на огъване с въртене(RBF)-- Съоръжение за изпитване на контактна умора CF (CF – Contact Fatigue)

• Стомана 17CrNiMo6 – резултати от изпитване на CF

• Стомана OvatecTM 677L – резултати от изпитване на CF

• Стомана OvatecTM 277L – резултати от изпитване на CF

• Заключения върху резултатите от изпитването на контактна умора (CF)

Slide 3МатериалиМатериали заза зъбнизъбни колелаколелаМатериали зазъбни колела

Метални материали Неметални материали

Термопласти ДуропластиЖелезни сплави Нежелезни сплави

Ковани стомани

Лети чугуни/стомани

Повърхностноуякчени стомани

Обемно уякчени стомани

Неръждясващи стомани

Праховометалургични чугуни и стомани

Медни сплави

Инструменталнистомани

Мартензитностареещистомани

Лети сплави на алуминия, цинка, магнезия

Титанови сплави

Източник: Davis J. R., 2005, “Gear Materials, Properties, and Manufacture”, ASM International, ISBN 0871708159

Slide 4КованиКовани стоманистомани заза зъбнизъбни колелаколела

Ковани стоманиза зъбни колелаКованиКовани стоманистоманизаза зъбнизъбни колелаколела

Повърхностно (чрез ХТО)уякчени стомани

Повърхностно (чрез ХТО)уякчени стомани Обемно уякчени стоманиОбемно уякчени стомани

Повърхностно (чрез ХТО) уякчени стомани:Въглеродни и легирани стомани с въглеродно съдържание, което не превишава 0.25 тегл.% C. Те се уякчават наотносително малка дълбочина в тънък слой и включватцементуемите, азотируемите и нитроцементуемите стомани.P.S.: ХТО – Химико-Термично Обработване

Обемно уякчени стомани:Въглеродни и легирани стомани с въглеродно съдържание вдиапазона от 0.3 до 0.55 тегл.% C. Обемно уякчените стоманимогат да бъдат уякчени на малка или голяма дълбочина взависимост от химическия им състав и метода на уякчаване.

Slide 5ПовърхностноПовърхностно ((чрезчрез ХТОХТО) ) уякченистоманистомани

–– ПовърхностноПовърхностно ((чрезчрез ХТОХТО) ) уякчени стоманистомани• Стоманите за цементация или азотиране се

използват за получаване на максималнаизносоустойчивост на контактните повърхнини.

• Цементованите зъбни колела са подходящи затежък режим на работа, например впредавателни кутии и имат висока издържливостна износване, питинг и умора. Цементованотозъбно колело осигурява максималнаповърхностна твърдост, износоустойчивост иобемна ударна жилавост.

• Повърхностно (чрез ХТО) уякчените зъбниколела издържат по-високи натоварвания отобемно уякчените, въпреки че последните са по-евтини поради по-лесната им термообработка. Всъщност основните недостатъци наповърхностното навъглеродяване(цементацията) като метод на уякчаване садеформациите на детайла и себестойността. Деформацииите и обемното нарастване секонтролират, доколкото е възможно, по време натермообработката (чрез използване на матрици ищифтове) и накрая се коригират чрез финошлифоване. По-високата себестойност напродукта е оправдана от гледна точка наполучаването на високо съотношение “мощност-тегло” и висока трайност.


Slide 6

• Обемно уякчените стомани притежават по-висока сърцевинна якост отцементованите стомани.

• Сравнени с повърхностно (чрез ХТО) уякчените стомани, някои обемно уякченистомани достигат съизмерими стойностина твърдостта. Обемно уякчените детайликато например зъбните колела обаче немогат да предават същото силовонатоварване както цементованитеколела. Това е така, защото заедно сповишената си повърхностна твърдост, повърхностно уякчените стоманипритежават и значителни натисковиостатъчни напрежения както наповърхността, така и в слоевете по-долу . При обемното уякчаване остатъчнитенапрежения са много по-непредвидими.

• Обемно уякчените стомани с високатвърдост показват недостатъчна ударнажилавост. За да се получат натисковиостатъчни напрежения на достатъчнадълбочина в обемно уякчената стомана, енеобходимо локално термично уякчаванекато индукционно уякчаване илихимикотермична обработка катоазотиране.

ОбемноОбемно уякчениуякчени стоманистомани


Slide 7

Най-важните изисквания към стоманите за зъбниколела са техните:

• Технологични характеристики (напр. да се уякчяватдобре и да се обработват лесно на машина)

• Податливост към термична обработка• Издържливост на умора на огъване на зъбите –

нискоциклова умора (≤ 105 цикла до разрушаване) ивисокоциклова умора (> 105 цикла до разрушаване)

• Издържливост на контактна умора (питинг)• Издържливост на контактна умора при въртене• Износоустойчивост• Твърдост при високи температури• Якост на огъване и пластичност на огъване.• Ударна жилавост и жилавост при разрушаване


ИзискванияИзисквания къмкъм стоманитестоманите заза зъбнизъбниколелаколела

Slide 8

• Стоманите трябва да отговарят на две групи основни изисквания:

– Технологични изисквания при производството им (обработваемост, деформируемост и термична податливост)

– Експлоатационни изисквания (якост на умора, термична податливост иизносоустойчивост)


ОбщиОбщи сведениясведения относноотносно стоманитестоманите зазазъбнизъбни колелаколела

• Европейският стандарт EN 10084 предлага широкоразнообразие от класове стомани както с максималнодопустимо съдържание на сяра, така и с контролиранотакова за по-лесна и гладка машинна обработка

– Максимално допустимо съдържание на сяра (т.е. подопределена граница) се препоръчва за стомани, чиято ударнажилавост е по-важна от машинната им обработваемост.

• За средно и голямо габаритни зъбни предавки сепредпочитат стомани с висока уякчаемост като DIN 20NiCrMo2, DIN 17CrNiMo6 и DIN 15NiCrMo16-5, докато за малко габаритните се препоръчва напримерстомана DIN 16MnCr5.

Повечето трансмисионни зъбни колела са повърхностно (с ХТО) уякчени за постигане нависока повърхностна твърдост и жилава сърцевина .Стандартът ISO 6336-5 дава граничните параметри на материала (включителноизискванията за контрол на качеството по време на всички фази на производството). Тозистандарт покрива и двата вида – повърхностно и обемно уякчените зъбни колела и даваподробности за изискванията към зъбните колела от три различни класа на качество.

Slide 9

Изисквания към зъбнитеколела

Изисквания към материалите Бележки

Да издържатудовлетворително намеханично натоварване

Да имат адекватна граница на провлачване приогъване

Обикновено няма проблеми, ако материалите са яки итвърди.

Повърхностно уякчените (чрез ХТО) материали саподходящи за тежки случаи на натоварване.

Материал, който притежава висока издържливост наповърхностна умора , нормално е да има и високаграница на еластичност, което обикновено означава, чематериалът е с голяма твърдост. От същественозначение е повърхностно уякчените (чрез ХТО) материали да притежават дебел твърд слой . Зъбнитеколела трябва да имат бездефектна структура и добрафинишна обработка на повърхността, тъй като тези двехарактеристики увеличават значително уморнияживот.

-

Степента на износване вследствие адхезивно/абразивновъздействие обикновено е ниска при правилноизвършени проектиране, финишна обработка и монтажи придобиват значение едва след дълъг период наексплоатация.

-

Да понасят ударнинатоварвания и удари приизролзването им

Да имат адекватна ударна жилавост илипластичност

Да издържат нанатоварване за цялотовреме на проектиранияексплоатационен срок

Да имат адекватна уморна якост на огъване. Даимат подходяща издържливост на повърхностнаумора, която е често срещан вид дефект призъбните колела, при които има слабо преплъзване,например при хеликоиднн зъбни колела.

Да работят без задиране(надраскване)

Задирането(надраскването) може да е сериозноограничение, особено за зъбни колела с голямоотносително приплъзване

Да бъдат износоустойчиви(на адхезионна и/илиабразивна среда)

С добра смазка обикновено няма проблем. Акоима абразивни частици, се препоръчваизползването на различни материали с различнатвърдост. Добро смазване с чисто масло намалявапроблема, като прочиства наличните абразивничастици и намалява температурата на допирнитеповърхности.

Лесно производство Ако зъбното колело се проектира така, че даиздържа по-ниско контактно напрежение, може дасе използват по-меки материали, които сепроизвеждат по-лесно.

ОсновниОсновни изискванияизисквания къмкъм стоманитестоманите зазазъбнизъбни колелаколела

Източник: Waterman N.A., Ashby M.F., 1991, “Elsevier Materials Selector”, Volume I, Elsevier Applied Science, London

Slide 10

Стомани, закалени на въздух:

Стомани, които се прокаляват цялостно и придобиватчисто мартензитна структура при охлаждане въввъздушна среда от температура над критичната имточка. Те не изискват ускорено охлаждане в масло илисоли.

Закалена на въздух стомана

Стандартна закаленастомана

CCT диаграма: Сравнение между стандартна и закалена на въздух стомана (съдействие на OVAKO)

СтоманиСтомани, , закаленизакалени нана въздухвъздух((самозакаляващисамозакаляващи сесе, , мартензитнимартензитни стоманистомани))

Slide 11ПредимстваПредимства нана стоманитестоманите, , закаляемизакаляеминана въздухвъздух

Намаляване на риска от деформация по време на охлажданетоНамаляване на въздействието върху околната средаНамаляване на рисковете за здравето на операторите по време напроцеса на закаляванеВъзможност за съкращаване на производствените процеси

Основните предимства на тези нови материали са:

http://www.rfglonline.com

www.tomshw.it

Slide 12

Стомани,закаленина въздух

Предимства спрямо традиционните стомани за зъбни колела Коментар

OvatecTM 277 • При използване на въздушно или газово закаляване (последният методе за предпочитане) се намаляват деформациите вследствие назакаляването в сравнение с традиционните повърхностно уякченистомани. Това позволява да се спестят време и пари от технологичнитеоперации за коригиране на деформациите при закаляване (OVAKO, 2008).

• Избягва се използването на закаляващи среди като масла и соли и такасе подобрява безопасността и намалява замърсяването на околнатасреда (OVAKO, 2008).

• Времето за навъглеродяване може да се намали в сравнение с това затрадиционните повърхностно цементовани стомани , тъй катостоманата OVATEC 277 има увеличено съдържание на въглерод вбазовия материал.

Стомана OVATEC 277 сеизползва за предавки свисоки изисквания. Стоманата OVATEC 277е особено подходяща заголеми детайли(например зъбни колелаза вятърни турбини), както и за малки зъбниколела (например заавтомобилния сектор)

OvatecTM 677 • Непредвидимата деформация при закаляване се избягва в голямастепен. Това позволява да се спестят време и пари от технологичнитеоперации, необходими за коригиране на деформациите (OVAKO, 2008).

• Ваните за охлаждане, които замърсяват и рисковете за здравето ибезопасността могат да се избегнат напълно (OVAKO, 2008).

• Възможност да се произвеждат детайли по силно конкурентоспособенметод в сравнение с обикновената повърхностно уякчаваща технологияс ХТО и в същото време да се получат съпоставими механичнихарактеристики.

• Фактът, че стоманата OVATEC 677L може да се уякчава директно оттемпературите на горещото деформиране , както и това, че сапостигнати нови постижения в машинната обработка на студено, открива възможност да се създадат напълно нови технологии запроизводство на детайли (Lund T. 2002).

Стомана OVATEC 677 епроектирана зазаместител на повечетокласове стомани, използвани за лагери идруги детайли с високиексплоатационнихарактеристики катозъбни колела (OVAKO, 2008). Тази стомана еподходяща за приложениепри малки и средни поразмер детайли.

ПредимстваПредимства нана стоманитестоманите, , закаляемизакаляеминана въздухвъздух

Slide 13

е водеща европейска фирма впроизводството на специални дълги стоманениизделия. Продукцията й включва ниско легирани ивъглеродни стомани под формата на пръти,горещовалцувана тел, тръби и пръстени. Фирмата е част от подразделението за стоманина SKF’s. Най-важните клиентски групи сапроизводителите на търкалящи лагери, автомобилната индустрия заедно с нейнитеподдоставчици, доставчиците на оборудване запробиване на камъни/скали, както и за общотомашиностроене.Продажбите й през последната година възлизатна около 1.5 милиарда EUR. В производственитепредприятия и в широката мрежа от търговскифирми на главните пазарни области работятобщо 4.300 души.

Поделения на OVAKO

За повече информация:http://www.ovako.com

ПроизводителПроизводител нана стоманистомани, , закаляемизакаляеминана въздухвъздух

http://www.ovako.com/index.asp

Slide 14

Стоманата OvatecTM 477 (закаляема и отвръщаща се) не става за приложения за X-GEAR, тъй като след закаляване и отвръщане не може да се използва без допълнителнаобработка (например допълнително индукционно уякчаване , което води до ниски уморнихарактеристики в сравнение с повърхностно (чрез ХТО) уякчените стомани; илидопълнително азотиране , което води до ниска якост на удар, малка дълбочина на слоя имного продължителен процес).

Стоманите от семейството на OvatecTM са проектирани така, че да осигурят яка, лесна за термично обработване, с високи експлоатационни характеристикиалтернатива на нисколегираните стомани, използвани днес за производство надетайли3. Предлагат се два вида стомани :

% C% CЗаЗа повърхностноповърхностно уякчаванеуякчаване ЗаЗа обемнообемно уякчаванеуякчаване

Източник: Ovako, 2008, web site: www.ovako.com

СтоманиСтомани,, закаляемизакаляеми нана въздухвъздухзаза XX--GEARGEAR

OvatecOvatecTMTM 277277 OvatecOvatecTMTM 667777

Slide 15

При производството на самозакаляващи се стомани във фирмата Ovako се използваскрап, който се стопява в 100 тонна електро-дъгова пещ (EAF) с овална форма и отворна дъното . В разливната пещ ASEA-SKF се извършва дезоксидация, легиране ирафиниране с индуктивно разбъркване и вакуумна дегазация с аргоново продухване .След това стоманата се излива в 4.2-тонни блокове върху три плочи.

ПроцесПроцес нана производствопроизводство нана самозакаляващисамозакаляващи сесе стоманистомани ((съдействиесъдействие нана Ovako)Ovako)

More info LLadle furnaceadle furnaceASEAASEA--SKFSKF

Charging scrap

Melting

Deoxidation and alloying

Vacuum degassing

Heating and inductive stirring

Teeming to ingots


ДобиванеДобиване нана самозакаляващисамозакаляващи сесестоманистомани маркамарка OvatecOvatecTMTM

Slide 16

Стомана OvatecTM 277 е самозакаляваща се (мартензитна) стомана, която сеизползва за приложения с високи изисквания и е предназначена заповърхностно (чрез ХТО) уякчаване. Тя се закалява и отвръща лесноблагодарение на състава си и може да замени голяма част от стоманите заразлични инженерни приложения.

OvatecOvatecTMTM 277277

277L 277L ““БазовБазов вариантвариант”” 277Q 277Q ““ВариантВариант сс високивисоки характеристикихарактеристики””

Забележка: 277Q има по-висока металургична чистота в сравнение сбазовия вариант, а и характеристиките й на напречен удар са значителнопо-добри дори при много ниска температура.

Източник: Lund T., M. Sjöstrand, 2004, “Heat treatment and mechanical properties of Ovatec™ 277 –an update and progress report”, Technical report 2/2004, Ovako Steel AB, ISSN 0284-3366;

СтоманаСтомана OvatecOvatec TMTM 277277

Slide 17

C Si Mn P S Cr Ni Mo V

Ovatec 277LOvatec 277L 0.155 0.15 1.3 0.02 0.015 2.20 0.50 0.50 0.20

Ovatec 277QOvatec 277Q 0.155 0.3 1.3 0.02 0.002 2.20 0.50 0.50 0.20В тегл.% [wt.%]

Легиращи елементи Функция

Манган, хром, молибден Благоприятстват за получаване на цялостнамартензитна структура, дори и в много големидетайли, при много ниска скорост на охлаждане

Ванадий Повишава якостта и пластичността

Никел Повишава ударната жилавост

Сяра Ниското съдържание на сяра подобрявахарактеристиките на умора на огъване, докатовисокото съдържание на сяра подобрявамашинната обработваемост (трябва да се търсиоптимален баланс между двете)


ХимическиХимически съставсъстав нана стоманастоманаOvatecOvatecTMTM 277277

Slide 18

Металургична чистота:Металургичната чистота се определя отсъдържанието на неметални включения исъдържанието на елементите, които ги съставят

NonNon--metallic metallic inclusionsinclusions

МикровключенияМикровключения: : малкималки, , богатибогати нанакислородкислород включениявключения ототостатъцитеостатъците нанадезоксидационниядезоксидационнияпроцеспроцес ии сулфидисулфиди((кислородкислород ии сярасяра))

Разпределение на размера нанеметалните включения в Ovatec 277L

МакровключенияМакровключения:: големи включения, получавани от допълнителните елементи, използвани в процеса на производството настоманата

МезовключенияМезовключения: : включениявключения ссразмериразмери междумежду тезитези нана макромакро иимикровключениятамикровключенията


МеталургичнаМеталургична чистотачистота -- OvatecOvatecTMTM 277277

Slide 19

Критичното време за охлаждане при закаляване на техническите стомани, коитообикновено се използват за зъбни колела в машиностроенето, е от порядъка на няколкосекунди, а това означава че всички зони на зъбното колело трябва да се охладят дотемпература Ms за изключително кратко време. За да забавим охлаждането, времето зафазово превръщане трябва да се удължи и точно това се случва със стоманите отсемейството на OvatecTM благодарение на техния специален химичен състав.

A B C D E F

t 8-5 [s]

Твърдост[Hv30]

24 200 500 1000 5000 10000

374

353 352 352 338 320

Забележка: t-8-5 е времето за охлаждане между 800°C и 500°C


ХарактеристикиХарактеристики нана фазовотофазовотопревръщанепревръщане -- OvatecOvatecTMTM 277277

Slide 20

Диаграмата показва качествата(твърдостта) на самозакаляващата се стоманаOvatecTM в сравнение със класическата повърхностно (чрез ХТО) уякчена стомана16MnCr5. При положение, че търсим твърдост 350 по HV30, от диаграматаследва, че за стомана16MnCr5 е необходима голяма скорост на охлаждане –17° C/s, докато за стомана OvatecTM 277 тя е само 0.3 °C/s.

Твърдост [HV30] - Скорост на охлаждане [°C/s]

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20Cooling rate [°C/s]

Har

dnes

s [H

V30]

OVATEC 277L

16MnCr5

ТвърдостТвърдост ии скоростскорост нана охлажданеохлаждане --OvatecOvatecTMTM 277277

Slide 21


Гран. провлачане RRpp

Напречно свиване ZZ

Якост на опън RRmm

Удължение A5A5

НаНа фигуратафигурата попо--долудолу саса показанипоказани механичнитемеханичните свойствасвойства ((RRmm,R,Rpp,A5 ,A5 ии Z)Z) нана стоманаOvatecTM 277 във функция от твърдостта HBW. Данните се отнасят за стоманата следзакаляване и отвръщане (навъглеродяването не се отчита).

МеханичниМеханични свойствасвойства -- OvatecOvatecTMTM 277277

Slide 22

Ударната жилавост на стомана OvatecTM 277 е илюстрирана на следната EXT (Energy Hardness Temperature) диаграма, показваща ударната жилавост спрямо твърдосттана стоманата, получена след закаляване и отвръщане при различни температури.

Образците имат размер10 x 10 mm , изрязани санадлъжно от горещовалцован прът 130 x 105

Различните кривипоказват температуритена изпитване. Това даваполезна информация завлиянието натемпературата имикроструктурата настоманите(температурата наотвръщане) върхуударната жилавост.

Charpy V Charpy V –– Notch Test Notch Test OvatecOvatecTMTM 277277


УдарнаУдарна жилавостжилавост -- OvatecOvatecTMTM 277277

Slide 23

ОбработкаОбработка ТемператураТемпература [[°°C]C] ОхлажданеОхлаждане / / ЗакаляванеЗакаляванеКоване 850 - 1200

750 / 1 час

860 - 1100

Закаляване 840 - 870 Директно закаляване на въздухили в газ

150 - 200

В неподвижен въздухМеко отгряване Бавно охлаждане до 650° C в

продължение на 8 часа

Навъглеродяване Директно закаляване на въздухили в газ (препоръчва се Cpot дабъде mах. 0.7 тегл.%)

Отвръщане


ТермичнаТермична обработкаобработка -- OvatecOvatecTMTM 277277

Slide 24

Разходите за машинна и финишнаобработка формират около 60% отпроизводствените разходи.

Още информация

ГорещоГорещо кованековане//ГорещоГорещо валцованевалцоване

МекоМеко отгряванеотгряване

МашиннаМашинна обработкаобработка следслед отгряванеотгряване

НавъглеродяванеНавъглеродяване

ВъздушноВъздушно илиили газовогазово охлажданеохлаждане

ОтвръщанеОтвръщане

МашиннаМашинна обработкаобработка следслед отвръщанеотвръщане

ФинишнаФинишна обработкаобработка

T = 850 – 1200° C и охлаждане в неподвижен въздух

T = 860-1100° C; Въглероден потенциал(max. 0.7 тегл.%)

T = 150-200° C

ЗакаляванеЗакаляване T = 840-870° C

T = 750° C / 1 час и бавно охлаждане до 650° C за 8 часа. Якостни характеристики при отгряване: Твърдост = 160-190 HB;Rm = 550 MPa; Rp0,2 = 500 MPa

ТехнологияТехнология заза производствопроизводство нана зъбнизъбниколелаколела -- OvatecOvatecTMTM 277277

Slide 25

Стомана OvatecTM 677 е предназначена за лагери и зъбни колела за мощни предавки . Порадинамаленото съдържание на сулфидни включвания и финото разпределение на оксиднитевключвания, OvatecTM 677 е стомана с отлична якост на умора (особено подходяща за зъбниколела). С използване на газово или въздушно закаляване е възможно да се намалятдеформациите , оттам : (a) да се намалят разходите за производство и (б) да се подобрятбезопасността на труда и околната среда. OvatecTM 677 с нейното високо съдържание навъглерод дава възможност за производство на детайли по технологии, силно конкурентни стези за производство на повърхностно (чрез ХТО) уякчени детайли и за постигане на сравнимис тях механични характеристики (напр. висока твърдост, сравнима с тази на уякчениповърхностно (чрез ХТО) стомани) и особено издържливост на умора.


677L 677L ““БазовБазов ВариантВариант”” 677Q 677Q ““ВариантВариант сс високивисоки характеристикихарактеристики””

Забележка: 677Q има изотропни характеристики и по-добра устойчивостна умора поради по–високата степен на чистота и по-фино разпределениена неметалните включвания.

Източник: Lund T., M. Sjöstrand, 2004, “Heat treatment and mechanical properties of Ovatec™ 277 – an update and progress report”, Technical report 2/2004, Ovako Steel AB, ISSN 0284-3366;

СтоманаСтомана OvatecOvatecTMTM 677677

Slide 26

C Si Mn P S Cr Ni Mo V O (ppm)

Ti (ppm)

Ovatec 677LOvatec 677L 0.675 1.525 1.45 0.025 0.015 1.1 0.25 0.25 0.20

0.20

309

8 30Ovatec 677QOvatec 677Q 0.675 1.525 1.45 0.025 0.002 1.1 0.25 0.25В тегл.% [wt.%]


A B C D E F

t 8-5 [s]

Твърдост[Hv30]

66 395 536 750 1000 1304

812

812 811 794 827 505

Забележка: t-8-5 е времето за охлаждане между 800°C и 500°C

ХимиченХимичен съставсъстав ии характеристикихарактеристики нанафазовотофазовото превръщанепревръщане ––


Slide 27

Фигурата по-долу показва твърдостта на OvatecTM 677 като функция на скоростта наохлаждане в сравнение с тази на обикновена обемно уякчена стомана (DIN 100Cr6). Припо-висока скорост на охлаждане от 23 °C/s твърдостта на обикновената стомана е с 10% по-висока от тази на OVATECTM677; при скорост на охлаждане, по-ниска от 14°C/s, твърдостта на стомана 100Cr6 спада драстично, докато тази на OvatecTM 677 оставаконстантна, което показва високата склонност на OVATECТМ677 към уякчаване на въздух.

Hardness [HV30] vs. Cooling Rate [°C/s]

220

320

420

520

620

720

820

920

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38Cooling rate [°C/s]

Har

dnes

s [H

V]

OVATEC 677L

100Cr6

ТвърдостТвърдост ии скоростскорост нана охлажданеохлаждане --OvatecTM 677OvatecTM 677

Slide 28

Механичните свойства на OvatecTM 677 след уякчаване и отвръщане при нискатемпература (160° C) са както следва:

Граница на провлачане Rp0,2 1450 MPa

Якост на опън Rm 1550 MPa

Твърдост 61 – 63 HRC (739 - 792 HV30)

Ударна жилавост, KV 6 J

Yield strength(Rp0,2) Ultimate tensile

strength (Rm)

Ovatec 677L

100Cr6

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Tens

ile S

tren

gth

[MPa

]

Mechanical properties of soft annealed OVATEC 677L (Hardness = 220 HB) and 100Cr6 (Hardness = 190 HB)


МеханичниМеханични свойствасвойства -- OvatecOvatecTMTM 677677

Slide 29

ОбработкаОбработка ТемператураТемпература [[°° C]C] ОхлажданеОхлаждане // ЗакаляванеЗакаляванеКоване 950 - 1200

775 / 1 час

Закаляване 880 - 1000 Директно закаляване на въздух или в газ

150 - 710

Охлаждане в неподвижен въздух

Меко отгряване Бавно охлаждане до 650° C впродължение на 8 часа

ОтвръщанеОще информация


ТермичнаТермична обработкаобработка -- OvatecOvatecTMTM 677677

Slide 30

ГорещоГорещо кованековане//ГорещоГорещо валцованевалцоване

МекоМеко отгряванеотгряване

МашиннаМашинна обработкаобработка следслед отгряванеотгряване

ЗакаляванеЗакаляване

ОтвръщанеОтвръщане

МашиннаМашинна обработкаобработка следслед отвръщанеотвръщане

ФинишнаФинишна обработкаобработка

T = 950 – 1200° C и следващо охлаждане в неподвижен въздух

T = 150-710°C

ЗакаляванеЗакаляване

T = 880-1000° C и директнозакаляване на въздух или в газ

T = 750° C / 1 час и следващо бавно охлажданедо 650° C за 8 часа (Твърдост = 220 HB)

Ovatec ТМ677 след коване или валцоване се уякчава(закалява) навъздух при охлаждане. Това разкрива някои съвсем новипотенциални методи за производство на детайли. С предимствотопри машиннатамашинната обработкаобработка следслед отвръщанеотвръщане ( ( Ovatec 677 е много по-лесна за машинна обработкаобработка в сравнение със стомана 52100), споявата на нови технологии за производство с намален бройоперации и с голямото положително въздействие върхуенергопотреблението и околната среда.

Обработка директно след горещото формоване


ТехнологияТехнология запроизводствозапроизводство нана зъбнизъбниколелаколела -- OvatecOvatecTMTM 677677

Slide 31

• Извършени са два видауморни изпитвания:

– изпитване на умора на огъванес въртене

– изпитване на контактна умора

No. Клас стомана Брой на пробите, изработениза RBF изпитванията

Брой на пробите, изработениза CF изпитванията

1 17CrNiMo6 25 30

2 OvatecTM 277L 30 49

3 OvatecTM 677L 30 49

• Брой на пробите, изработени за изпитванията на умора на огъване с въртене иза контактна умора.

ЕксперимЕксперим.. изследванеизследване нана стоманитестоманитеOvatecOvatecTMTM –– издържливостиздържливост нана умораумора

Slide 32СъоръжениеСъоръжение заза изпитванеизпитване нанаумораумора нана огъванеогъване сс въртеневъртене(RBF)(RBF)

Изпитванията на уморна издържливост бяха проведени в условия на огъване свъртене с постоянна величина на усукващия момент по цялата дължина наобразеца. Беше използвана машина за изпитване на умора марка Carl SchenckPUNZ при асиметрия на цикъла R=-1, база на циклите до разрушаване NG=107 ичестота 100 Hz.

NoNo ПараметърПараметър СтойностСтойност

1 Максимален усукващ момент Mg 900 N/mm2

2 Максимално напрежение бmax 1200 MPa

Slide 33СтоманаСтомана 17CrNiMo6 17CrNiMo6 –– резултатирезултати ототизпитванеизпитване нана RBFRBF

ОзначениеОзначение нанаобразецаобразеца

НапрежениеНапрежение±±σσmaxmax [MPa][MPa]

БройБрой циклицикли додоразрушаванеразрушаване [N][N] ЗаключенияЗаключения

24 500 000

9 1 738 000

25 2 185 000

12 2 967 000

19 10 000 000 не е разрушен

17 3 710 000

26 5 000 000

16 5 152 000



23 4 315 000

21 5 800 000

13 6 480 000

5 7 470 000

3 7 554 000



2 7 753 000 -






1120

-

1140

-

1160

1180

-1220

Slide 34


НапрежениеНапрежение±± σσmaxmax [MPa][MPa]

БройБрой циклицикли додоразрушаванеразрушаване [N][N]

ЗаключенияЗаключения

01/OV677L 1060 9 480 000

03/OV677L 603 000

07/OV677L 1 858 000

05/OV677L 4 033 000

41/OV677L 705 000

32/OV677L 2 526 000

02/OV677L 3 575 000

26/OV677L 4 014 000

30/OV677L 6 703 000

42/OV677L 1 456 000

28/OV677L 2 414 000 разрушен вдържача

36/OV677L 3 114 000

09/OV677L 6 018 000

33/OV677L 8 221 000



06/OV677L 10 031 000 не е разрушен





37/OV677L 2 546 000


920

940

960

980

ЗаключенияЗаключенияБройБрой циклицикли додоразрушаванеразрушаване [N][N]


ОбозначениеОбозначениенана образецаобразеца

920

Заб: 10 000 000 цикла отговарят на 28 часа изпитваие

не е разрушен10 152 00016/OV677L





8 160 00015/OV677L

529 00088013/OV677L




6 361 00012/OV677L

4 956 00021/OV677L

разрушен вдържача

4 507 00011/OV677L

разрушен вдържача

3 902 00018/OV677L

3 801 00090019/OV677L




6 379 00010/OV677L

СтоманаСтомана OvatecOvatecTMTM 677L 677L –– резултатирезултати ототизпитванеизпитване нана RBFRBF

Slide 35

• Предишните данни са представени във видна логаритмична диаграма, представящакривата на Wöhler на Ovatec 677L.

• Осреднената стойност на якостта на уморана образците, изработени от стомана Ovatec677L, бяха изчислени по метода, разработенот Dixon и Mood, с вероятност P=95%.

• Доверителните интервали(отклоненията) засредните стойности на

са следните:

МРаgoZ 916)(max =±σ

MPaMPa 949883 max ≤≤σ

СтоманаСтомана OvatecOvatecTM TM 677L 677L –– резултатирезултати ототизпитванеизпитване нана RBFRBF

Slide 36



БройБрой циклицикли додоразрушаванеразрушаване

[N][N]

КоментарКоментар

30/0v 277L 1744000

32/0v 277L 2617000

31/0v 277L 2721000

34/0v 277L 2323000

33/0v 277L 2846000

35/0v 277L 2916000

23/0v 277L 3450000

27/0v 277L 3556000

36/0v 277L 3747000

28/0v 277L 4058000

24/0v 277L 4457000

18/0v 277L 4864000

22/0v 277L 10000000 не е разрушен

26/0v 277L 11000000 не е разрушен

19/0v 277L 9685000

17/0v 277L 10000000 не е разрушен

21/0v 277L 10000000 не е разрушен

25/0v 277L 10000000 не е разрушен

29/0v 277L 10000000 не е разрушен

1200

1220

1240

1280

1300

КоментарКоментарБройБрой циклицикли додоразрушаванеразрушаване

[N][N]


ОзначениеОзначениенана образецаобразеца

не е разрушен1050000011/0v 277L





748300010/0v 277L

687700011406/0v 277L


51020009/0v 277L

325100013/0v 277L

310700011605/0v 277L



403700011804/0v 277L

OvatecOvatecTMTM 277L 277L –– резултатирезултати ототизпитванеизпитване нана RBFRBF

Slide 37

• Предишните данни са представени въввид на логаритмична диаграма, представяща кривата на Wöhler наOvatec 277L. Уравнението, коетоизразява цикличното напрежение σ катофункция на броя цикли N, е дадено по-долу:

σ = -296.9 Log(N)+3191.1• Доверителните интервали(отклоненията)

за средните стойности на:

са както следва:MPagoZ 1172)(max =±σ

MPaMPa 12281116 max ≤≤ σ

OvatecOvatecTM TM 277L 277L –– резултатирезултати ототизпитванеизпитване нана RBFRBF

Slide 38

1120

916

1172

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

17CrNiMo6 Ovatec 677L Ovatec 277L

Fatig

ue s

tren

gth б m

ax [M

Pa]

• Уморните RFB характеристики на стомана Ovatec™ 277L са малко по-високи от тезина традиционните цементуеми стомани (17CrNiMo6).

• Стомана Ovatec ™ 677L показва по-малка RFB уморна якост. Нужна е допълнителнаповърхностна обработка за увеличаване живота на умора, за да бъде сравним с тозина цементуемите стомани. Въпреки че основната уморна якост на Ovatec ™ 677L епо-ниска, сигурно е, че една повърхностна сачменоструйна обработка ще увеличиякостта й над тази на обикновената цементуема стомана и може да стане близка дотази на сачменоструйно обработената обикновена цементована стомана. Обачедругите предимства при производството на Ovatec ™ 677L я правят забележима, дори и ако се изисква допълнителна сачменоструйна обработка. Действително в ISO6336 се препоръчва сачменоструйната обработка да се използва за зъбни предавки свисоки експлоатационни характеристики и затова прилагането на този метод не енеобичайно.

ЗаключенияЗаключения върхувърху резултатитерезултатитеотот изпитванеизпитване нана умораумора RBFRBF

Slide 39

СмазкаСмазка 100cSt минерално масло + 4% Anglamol A99 EP като добавка

ТемператураТемпература нанасмазкатасмазката

СкоростСкорост нана потокапотока нанасмазкатасмазката

ПриложенаПриложена силасила

КонтактноКонтактно наляганеналяганенана HertzHertz

СкоростСкорост нана пинпинььононаа

ОтношениеОтношение нанапреплъзванепреплъзване

ОборотиОбороти нана пиньонапиньона

70°C

1.4 l/min (в и извън ситото)

600 N

1900 N/mm2

1100 rpm (2.8m/s)

0.33

3x10^6

Режим на работа при изпитването на CF

Изпитванията на образци от стоманите17CrNiMo6, OvatecTM 277L и OvatecTM 677L наконтактна умора са направени от Design Unit ,като е използвано дисково устройство за60 мм разстояние.

СъоръжениеСъоръжение заза изпитванеизпитване нанаконтактнаконтактна умораумора (CF)(CF)

Slide 40СтоманаСтомана 17CrNiMo6 17CrNiMo6 –– резултатирезултати ототизпитванеизпитване нана CFCF

ТЕРМИЧНАТЕРМИЧНА ОБРАБОТКАОБРАБОТКА ХАРАКТЕРИСТИКИХАРАКТЕРИСТИКИ НАНА МАТЕРИАЛАМАТЕРИАЛА

Задържане 30 минути при 930°C

Газово навъглеродяване в продължение на 120 минутипри 930°C и въгл.потенциал 1.2 тегл.%C

Твърдост на слоя(на дълбочина d= 0.05mm) 686 Hv

Дифузионно задържане 60 минути при 930°C

Бързо охлаждане до 830°C и задържане 60 минути привъгл.потенциал 0.75 тегл.% C

Дълбочина на слоя (при твърдост 550 Hv) 1.08 mm

Закаляване директно в масло (стандартна скорост –клас 22 на масло за закаляване)

Отвръщане 120 мин при180°C

Твърдост на сърцевината (на дълбочина d = 3 mm) 435 Hv

МИКРОСТРУКТУРАМИКРОСТРУКТУРА

Забележка: Навъглеродяването, закаляването и отвръщането са извършени от Wallwork Heat Treatment Ltd (Bury, UK) Профилът на микротвърдостта еизмерен преди финишното шлифоване.Вътрешнозърнестата оксидация и мрежестите карбиди, останали след термичната обработка, са отстранени при финишната шлифовка..

Slide 41

300

400

500

600

700

800

900

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Depth (mm)

Hv 0

.3 (k

gfm

m-2

)

ПрофилПрофил нана твърдосттатвърдостта вв дълбочинадълбочина

СтоманаСтомана 17CrNiMo6 17CrNiMo6 –– резултатирезултати ототизпитванеизпитване нана CFCF

Slide 42

No.No. Ø 50 mm disc Ø 70 mm disc

Test 1Test 1

Test 2Test 2

МикропитингМикропитинг нана образциобразци отот стомстом..17CrNiMo617CrNiMo6 , , изпитаниизпитани нана CFCF

СтоманаСтомана 17CrNiMo6 17CrNiMo6 –– резултатирезултати ототизпитванеизпитване нана контактнаконтактна умораумора CFCF

Slide 43


Предварително задържане 120 минути при 650°C въввакуум Твърдост (d = 0.05 – 3mm)

Аустенизиране 60 минути при 900°C във вакуум Минимум 722Hv

Средно 759Hv

Закаляване в азот при 2.8 bar Минимум 782Hv

Отвръщане 120 минути при 160°C

микроструктурамикроструктура

Забележка: Аустенизирането във вакуум, отвръщането в газ и отвръщането са извърщени от Wallwork Heat Treatment Ltd (Bury, UK). Профилът намикротвърдостта е измерен преди финишното шлифоване.

СтоманаСтомана OvatecOvatecTMTM 677L 677L –– резултатирезултати ототизпитванеизпитване нана контактнаконтактна умораумора CFCF

Slide 44

300

400

500

600

700

800

900

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Depth (mm)

Hv 0

.3 (k

gfm

m-2

)


СтоманаСтомана OvatecOvatecTM 677L TM 677L –– резултатирезултати ототизпитванеизпитване нана контактнаконтактна умораумора CFCF

Slide 45

No.No. Ø 50 mm диск Ø 70 mm диск

ТестТест

11ТестТест

22

МикропитингМикропитинг нана образциобразци отот OvatecOvatecTMTM 677L677L следслед изпитванеизпитване нана CFCF


Slide 46


Нагряване до 850°C в азот

Нагряване до 950°C във вакуумТвърдост на слоя (при d = 0.05mm) 692Hv

Ваккумно навъглеродяване и дифузионнохомогенизиране при 950°C

Охлаждане до 860°CДълбочина на слоя (при 550Hv) 1.15mm

Газово закаляване в азот при 2 bar

Отвръщане 120 минути при 180°CТвърдост на сърцевината (при d = 3mm) 392Hv

МИКРОСТРУКТУРАМИКРОСТРУКТУРА

Забележка: Навъглеродяването във вакуум, закаляването и отвръщането са извършени от Wallwork Heat Treatment Ltd (Bury, UK). Профилът намикротвърдостта е измерен преди финишното шлайфане . Карбидната мрежа, останала след термичната обработка, еотстранена по време на финишнотошлайфане.


Slide 47


300

400

500

600

700

800

900

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Depth (mm)

Hv 0

.3 (k

gfm

m-2

)СтоманаСтомана OvatecOvatecTMTM 277L 277L –– резултатирезултати ототизпитванеизпитване нана контактнаконтактна умораумора CFCF

Slide 48

No.No. Ø 50 mm диск Ø 70 mm диск

ТестТест

11ТестТест

22

МикропитингМикропитинг нана образциобразци отот OvatecOvatecTMTM 2277L77L следслед изпитванеизпитване нана CFCF


Slide 49

• Повреждане вследствие на контактна умора под формата намикропитинги по повърхността бе наблюдавано върху всичкиобразци след изтичане на 3 x 106 цикъла при натоварване сконтактно по Hertz напрежение от 1.9 GPa.

• Установено бе, че издържливостта на контактна умора настомани OvatecTM 277L и OvatecTM 677L е подобно на това настомана 17CrNiMo6, а степените на микропитинг, наблюдаванив края на всяко от изпитванията, са сравними. Поради това идвете уякчени на въздух стомани са подходящи за мощни зъбнипредавки.

ЗаключениеЗаключение върхувърху резултатитерезултатите ототизпитванеизпитване нана контактнаконтактна умораумора CFCF

air hardening steel bg

Documents