Шестерни из 30ХГТ

Добрый день, уважаемые форумчане.

Вопрос для саморазвития. Попался на глаза чертеж шестерни из 30ХГТ. Сечение данной шестерни колеблется от 11 до 43 мм.

Само собой, в качестве ТО заложена цементация со всеми вытекающими. Я с данной сталью лично в работе не сталкивался, поэтому, вопрос и возник.

Собственно, вопрос: не получится ли так, что для данной марки стали данные сечения детали окажутся слишком малыми и при последующей после цементации закалке и низком отпуске, предполагаемая "вязкая" сердцевина будет иметь мартенситную структуру, оказавшись не такой уж и вязкой, и шестерня разрушится от воздействия ударных нагрузок? Читал, что шестерни, в основном, разрушаются от усталостных напряжений, но работа у них, вроде, так или иначе, присутствуют динамические нагрузки. Поэтому, данный вопрос не даёт покоя. Заранее, спасибо за помощь!

8 часов назад, Saferot сказал:

Собственно, вопрос: не получится ли так, что для данной марки стали данные сечения детали окажутся слишком малыми и при последующей после цементации закалке и низком отпуске, предполагаемая "вязкая" сердцевина будет иметь мартенситную структуру, оказавшись не такой уж и вязкой, и шестерня разрушится от воздействия ударных нагрузок?

Всё относительно. В сечении до 20 мм в сердцевине будет низкоуглеродистый мартенсит, который после низкого отпуска будет иметь 46-49HRC и KCU~0,9 МДж/кв.м. Для не тяжело нагруженных зубьев шестерени вполне приемлемо. Если будет разрушаться хрупко, то оптимальное решение это замена стали на цементуемую.

2 часа назад, ilia-ilich сказал:

низкоуглеродистый мартенсит

Т.е. наличие мартенсита в зоне детали, которая, условно, должна быть вязкой это нормально?

2 часа назад, ilia-ilich сказал:

KCU~0,9 МДж/кв.м

Можете дать источник с данными? В справочнике информация, что после закалки и низкого отпуска KCU не менее 0,059 МДж/м2.

Я ни в коем случае не предираюсь, просто пытаюсь понять, что для шестерни важнее. Высокая прочность, пускай с плохим сопротивлением ударным нагрузкам или важен баланс.

2 часа назад, ilia-ilich сказал:

оптимальное решение это замена стали на цементуемую.

Вы имеете ввиду, цементуемые стали, у которых содержание углерода меньше? Т.к. 30ХГТ тоже цементуемая сталь.

У конструктора требование, чтобы твёрдость сердцевины была не менее 32 HRC. Но ведь 46+ HRC это не менее 32, но, возможно, чересчур хрупко? По идее, у шестерни работают зубья, а твёрдость 32+ HRC на зубе и вокруг можно обеспечить цементуемой сталью с содержанием углерода пониже. Но вот, если твёрдость вязкой сердцевины будет в районе 32-37 HRC, но зато вязкость будет выше, это лучше или хуже для шестерни, чем высокая прочность, но низкая вязкость?

2 часа назад, Saferot сказал:

Т.е. наличие мартенсита в зоне детали, которая, условно, должна быть вязкой это нормально?

Вязкость мартенсита зависит от %С и ,понятное дело, обратно пропорциональна твёрдости. В 18ХГТ после закалки и н.отпуска в сердцевине низкоуглеродистый мартенсит с уд. вязкостью от 0,8 до 1,1МДж/кв.м в зависимости от сечения. Максимальная уд. вязкость у сорбита, но это требует высокого отпуска.

2 часа назад, Saferot сказал:

Можете дать источник с данными?

0,9МДж/кв.м оценочная величина. В источниках KCU: "Арзамасов.Материаловедение" - 0,6 МДж/кв.м и "Сорокин. Марочник сталей" - 0,83 МДж/кв.м.

2 часа назад, Saferot сказал:

KCU не менее 0,059 МДж/м2

Не правильно перевели. 59 Дж/кв.см=0,59 МДж/кв.м

2 часа назад, Saferot сказал:

что для шестерни важнее. Высокая прочность, пускай с плохим сопротивлением ударным нагрузкам или важен баланс.

На первом месте прочность (твёрдость) сердцевины зуба, а на втором вязкость. Если не будет должного сопротивления пласт. деформации шестерня работать не будет категорически. Если нет должной уд. вязкости, шестерня работать будет, но недолго. Если на должном  уровне будет и прочность и вязкость, но не будет поверхностной твёрдости (износостойкости), то работать будет долго, но с люфтами и зазорами в паре с другой деталью.

2 часа назад, Saferot сказал:

У конструктора требование, чтобы твёрдость сердцевины была не менее 32 HRC

Это в первую очередь нужно обеспечить. Остальное вторично. Требования по поверхностной твёрдости имеются?

2 часа назад, Saferot сказал:

Но вот, если твёрдость вязкой сердцевины будет в районе 32-37 HRC, но зато вязкость будет выше, это лучше или хуже для шестерни, чем высокая прочность, но низкая вязкость?

Пока не известны условия эксплуатации детали  и назначение машины ничего определённого сказать нельзя.

2 часа назад, Saferot сказал:

Т.к. 30ХГТ тоже цементуемая сталь

30ХГТ - качественная, конструкционная, улучшаемая сталь. Цементуемые стали по классификации содержат не более 0,2%С.  Условно конечно. Поверхностную твёрдость дает цементованный слой, а прочность и вязкость сердцевины обеспечивает низкоуглеродистый мартенсит. Чем меньше углерода в стали, тем ниже прочность и выше уд. вязкость мартенсита.

В 17.02.2022 в 14:57, ilia-ilich сказал:

30ХГТ - качественная, конструкционная, улучшаемая сталь. Цементуемые стали по классификации содержат не более 0,2%С.  Условно конечно.

Цементуемые стали -  до 0,3%С, и 30ХГТ - именно цементуемая (из линейки 18ХГТ-25ХГТ-30ХГТ), с возможностью закалки прямо с цементационного нагрева (титан вводится именно для того, чтобы при нагреве до температуры цементации зерно в сердцевине не росло)

Ваш конструктор совершенно прав насчёт требований к минимальной твердости сердцевины шестерни - обычно рекомендуется интервал 30...43HRC  . Советую Вам скачать и проштудировать  книгу -

Зинченко В.М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами химико-термической обработки. М.: Изд-во МГТУ им Н. Э. Баумана, 2001 - 303 с. 

на нашем форуме ее нет, скачать можно здесь:

https://lib-bkm.ru/12262

или здесь:

https://www.studmed.ru/zinchenko-vm-inzheneriya-poverhnosti-zubchatyh-koles-metodami-himiko-termicheskoy-obrabotki_6881e5c8f5b.html

А твердость в сердцевине зависит от сечения, и при таком сильном разбросе, как у Вас, затруднительно выбрать между 18ХГТ и 30ХГТ - или в толстом сечении будут мягковаты, либо в тонком - твердоваты. Тут лучше было бы подобрать сталь с более высокой прокаливаемостью, типа 18ХНМА

2 часа назад, Weilant сказал:

Цементуемые стали -  до 0,3%С, и 30ХГТ - именно цементуемая

Согласен. 30ХГТ - цементуемая.

Согласно ГОСТ4543

Кстати утверждение, что цементуемые стали до 2%С тоже верно.

Согласно Лахтину Где же истина?