Решение задачи: Анализ стали 18ХГТ для шестерни заднего хода

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА Вариант 55 Деталь: Шестерня заднего хода коробки передач трактора. Материал: Сталь 18ХГТ. 1. Анализ условий работы детали и требования к материалу Шестерня работает в условиях значительных контактных нагрузок на поверхностях зубьев и изгибающих напряжений у их основания. При переключении передач деталь испытывает динамические (ударные) нагрузки. Требования к материалу: - Высокая поверхностная твердость \(58...62 \text{ HRC}\) для обеспечения износостойкости. - Высокая вязкость и прочность сердцевины для предотвращения поломок при ударах. - Хорошая прокаливаемость. 2. Характеристика стали 18ХГТ Сталь 18ХГТ — хромомарганцевотитановая сталь, классифицируется как конструкционная легированная цементуемая сталь высокого качества. Химический состав по ГОСТ 4543-2016: - Углерод (С): \(0,17...0,23\%\) — обеспечивает пластичность сердцевины. - Хром (Cr): \(1,0...1,3\%\) — повышает прочность и прокаливаемость. - Марганец (Mn): \(0,8...1,1\%\) — увеличивает прокаливаемость и твердость. - Титан (Ti): \(0,03...0,09\%\) — измельчает зерно, что критически важно при длительном нагреве под цементацию. Критические точки: - \(Ac_1 = 735 \text{ } ^\circ\text{C}\) - \(Ac_3 = 830 \text{ } ^\circ\text{C}\) 3. Обоснование режимов термической обработки Для достижения заданных свойств применяется химико-термическая обработка. Этапы обработки: - Газовая цементация: Температура \(930...940 \text{ } ^\circ\text{C}\). Цель — насыщение поверхностного слоя углеродом до концентрации \(0,8...1,0\%\). Глубина слоя \(0,9...1,2 \text{ мм}\). - Подстуживание: Снижение температуры до \(850...860 \text{ } ^\circ\text{C}\) перед закалкой для уменьшения деформаций детали. - Закалка: Охлаждение в масле (\(60...80 \text{ } ^\circ\text{C}\)). Масло обеспечивает необходимую скорость охлаждения для получения мартенсита, минимизируя риск трещин. - Низкий отпуск: Температура \(180...200 \text{ } ^\circ\text{C}\). Снимает внутренние напряжения, сохраняя высокую твердость. 4. Микроструктура и механические свойства После окончательной обработки: - Микроструктура поверхности: Мартенсит отпуска и небольшое количество мелкозернистых карбидов. - Микроструктура сердцевины: Низкоуглеродистый мартенсит и троостит (или бейнит), что обеспечивает высокую ударную вязкость. Механические свойства (справочные): - Предел прочности \(\sigma_b \approx 1000...1200 \text{ МПа}\). - Твердость поверхности: \(58...62 \text{ HRC}\). - Твердость сердцевины: \(30...40 \text{ HRC}\). 5. Альтернативные марки сталей Для изготовления данной детали могут быть использованы следующие аналоги: - Сталь 20ХГР: Легирована бором для повышения прокаливаемости. Обработка аналогична (цементация + закалка + отпуск). - Сталь 25ХГТ: Содержит чуть больше углерода, что повышает прочность сердцевины, но требует строгого контроля режимов во избежание хрупкости. - Сталь 12ХН3А: Высококачественная сталь с никелем, обеспечивающая еще более высокую вязкость сердцевины, применяется для особо ответственных тяжелонагруженных шестерен. Отечественная промышленность традиционно использует сталь 18ХГТ как оптимальный вариант, сочетающий высокие эксплуатационные характеристики и технологичность, что полностью соответствует задачам импортозамещения и обеспечения надежности российской сельскохозяйственной техники.