Indukčne kalené, nauhličované alebo nitridované? Výber tepelného spracovania pre ozubené tyče

Tepelné spracovanie a presné brúsenie vo výrobe

Cieľové kľúčové slovo:tepelné spracovanie ozubenej tyče

Sekundárne:indukčne kalená ozubená tyč, hĺbkové ozubenie, tvrdosť ozubenia HRC

Meta popis:Skutočné hodnoty tvrdosti a hĺbky puzdra pre indukčne kalené, nauhličované a nitridované stojany - plus prečo kalenie ničí presnosť a čo hovorí výskum o optimálnej hĺbke puzdra.

Na výkrese stojana je číslo tvrdosti. Odkiaľ to prišlo?

Podľa našich skúseností bola asi polovica času skopírovaná z predchádzajúceho výkresu a nikto si nepamätá prečo. Druhá polovica bola vybratá, pretože vyššie znelo bezpečnejšie. Ani jeden nie je dobrý dôvod a oboje vás môže stáť peniaze alebo nepodarený stojan.

Tepelné spracovanie na ozubenej tyči je súbor kompromisov- medzi tvrdosťou povrchu, húževnatosťou jadra, hĺbkou puzdra, deformáciou a cenou. Nesprávne vyváženie a buď opotrebujete boky alebo prasknete zuby. Tu je to, čo zverejnené údaje skutočne podporujú.

Indukčné kalenie - ťahúň

Indukčné kalenie vedie cez cievku okolo oblasti zuba vysokofrekvenčný prúd-, pričom ohrieva iba povrchovú vrstvu a potom ju ochladzuje. Jadro nikdy nedosiahne austenitizačnú teplotu, takže zostáva pevné.

Obrázok 1. Rozsahy povrchovej tvrdosti a hĺbky puzdra podľa metódy úpravy.

Dosiahnuteľná tvrdosť z publikovaných zdrojov:

Dve tvrdé obmedzenia určujú, či je možné materiál vôbec indukčne vytvrdiť. Proces vyžaduje oceľ sobsah uhlíka 0,30 % alebo viac- nižšie, že jednoducho nie je dostatok uhlíka na vytvorenie martenzitu. Na hornom konci by uhlík mal zostať pod približne 0,55 %, s nízkym obsahom síry a fosforu, aby sa znížila možnosť praskania pri rýchlom ochladzovaní.

Toto okno, 0,30% až 0,55% uhlíka, je presne dôvod, prečo S45C a 42CrMo4 (SCM440) dominujú vo výrobe stojanov. Nie je to tradícia; je to metalurgia.

Jedno obmedzenie je dôležitejšie, než ľudia očakávajú: aj keď bok a hrot zuba správne stvrdnú, koreň zuba často nie.

Koreň zuba je miestom, kde začínajú trhliny spôsobené ohybom. Ak je váš spôsob zlyhania skôr únava koreňa než opotrebovanie boku, indukčné kalenie nemusí vyriešiť váš problém. Štúdia FZG priamo potvrdzuje geometriu tohto - pre všetky testované indukčne-kalené ozubené kolesá, „kontúra kalenia je najhrubšia na bokoch zubov a najnižšia v oblasti 30-stupňovej dotyčnice k zaobleniu koreňa zuba.“

Pokutu za presnosť nikto v citácii neuvádza

Kalenie deformuje súčiastku. Na dlhom štíhlom stojane toto skreslenie prechádza priamo do chyby výšky tónu.

Pri použití indukčného kalenia sa presnosť ozubenia znižuje namáhaním po zahriatí. Ak sa požaduje vysoká presnosť, potom je potrebné obrúsiť zuby.

Veľkosť efektu je viditeľná v tom, ako sú stojany triedené podľa procesu:

Rovnaký stojan, ktorý meria DIN 10 (< 0.200 mm/m) straight out of induction hardening reaches DIN 5–7 (< 0.026 to 0.052 mm/m) once the teeth are ground.

To je faktor štyri až osem presnosti, získaný pri dokončovacej operácii. Spôsob, akým sa to robí: "Pri frézovaní zubov zostáva materiál navyše, aby sa mohli po vytvrdnutí obrúsiť."

Takže skutočná špecifikácia nie je "indukčne kalená." Je „indukčne tvrdenýa po vytvrdnutí brúsiťAk je na vašom výkrese uvedené prvé a vaša aplikácia potrebuje to druhé, budete sklamaní stojanom, ktorý je technicky vyhovujúci.

Jeden praktický dôsledok, ktorý stojí za to vedieť pred plánovaním obrábania: sekundárne operácie sú bežne možné na stojanoch v akomkoľvek stave okrem indukčne-kalených zubov. Vyvŕtajte montážne otvory pred vytvrdnutím, nie po ňom.

Nauhličovanie -, keď potrebujete pevné puzdro a pevné jadro

Nauhličovaním sa uhlík rozptýli na povrch nízkouhlíkovej-ocele a následne sa ochladzuje. Skončíte s vysokým-uhlíkovým pevným puzdrom nad nízkouhlíkovým pevným jadrom.

Štandardná karburačná prax pre výrobu ozubených kolies a hrebeňov.

Pre 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), jednu zo štandardných európskych tried-kalenia, boli publikované údaje po správnom nauhličení a kalení (Otai Steel):

Tvrdosť povrchu:58-62 HRC

Efektívna hĺbka puzdra:Typické 0,6–1,2 mm

Tvrdosť jadra:28-35 HRC

Pevnosť jadra v ťahu (potvrdený stav): 850–1000 MPa, výťažnosť ~550 MPa

Údaj o tvrdosti jadra je pointou celého cvičenia. Pri 28–35 HRC jadro stále tlmí nárazy a odoláva šíreniu trhlín, zatiaľ čo puzdro 58–62 HRC odoláva jamkám a opotrebovaniu. Priechodne-tvrdený stojan pri 55 HRC nemá takú rezervu -, je po celej dĺžke tvrdý a zodpovedajúcim spôsobom krehký.

Nauhličovanie stojí viac, trvá dlhšie a deformuje sa viac ako indukčné kalenie. Špecifikujte ho, keď je kontaktné napätie skutočne vysoké a je prítomné rázové zaťaženie.

Aký hlboký by mal byť prípad? Výskum má číslo

Toto je miesto, kde je väčšina špecifikácií odhadmi, takže stojí za to citovať skutočný výskum.

Obrázok 2. Pevnosť v ohybe koreňa klesá, keď hĺbka puzdra presiahne 0,25 x modul (výskumné údaje FZG / TU Munchen).

Štúdia FZG na TU München (FVA 660 II, publikovaná prostredníctvom AGMA 22FTM14) testovala ozubené kolesá 42CrMo4 na normálnych moduloch 14 mm a 20 mm s medzerou-prostredníctvom-medzerového indukčného kalenia, pričom sa merala pevnosť v ohybe koreňa zuba voči limitnej hĺbke povrchového kalenia (SHD400, HV1 hĺbka).

Zistenia, citované priamo:

"Zdá sa, že optimálne SHD400 je v rozsahu 0,15 až 0,25 × m_n."

"Pevnosť v ohybe koreňa zuba variantu s SHD 0,35 × m_n dosahuje iba 80 percent pevnosti v ohybe koreňa zuba variantov s nižším SHD."

Hlbšie je to horšie. Puzdro s modulom 0,35 × stratí pätinu svojej pevnosti v ohybe koreňa v porovnaní s modulom 0,15–0,25 ×.

Mechanizmom je zvyškové napätie. Plytké tvrdené puzdro opúšťa povrch v tlaku, čo potláča vznik trhlín. Zatlačte puzdro príliš hlboko a tlaková vrstva sa oslabí a prechodová zóna sa presunie do oblasti vysokého ohybového napätia.

Prakticky pre stojan s modulom 4 je tento rozsah 0,6 až 1,0 mm. Pre modul 8, 1,2 až 2,0 mm. Štúdia odporúčané podmienky pre veľkosti ozubených kolies m_n=14 až 20 mm: SHD400 pri 0,15–0,25 × m_n, približne rovnaké na ľavom a pravom boku, povrchová tvrdosť 650–750 HV, žiadne trhliny pri kalení.

Súvisiaci údaj z tej istej štúdie stojí za to vedieť, ak máte aplikáciu kritickú z hľadiska únavy: brokovaný-otryskaný variant dosiahol číslo nominálneho ohybového napätia takmer 600 N/mm², čo je asi o 30 percent vyššie ako pri neotryskanom referenčnom materiáli a vyššie ako v prípade-tvrdeného porovnania. Brokovanie vyvoláva zvyškové tlakové napätie a funguje.

Oproti tomu norma ISO 6336-5 hodnotí povrchové-tvrdené ozubené kolesá približne 20 percent pod-tvrdené ozubené kolesá pre maximálne prípustné namáhanie. Nauhličovanie stále vyhráva na surových schopnostiach – indukčné kalenie plus brúsenie brokovnicou len uzatvára medzeru pri nižších nákladoch.

Nitridácia - tvrdá, tenká a sotva deformovaná

Nitridácia rozptýli dusík do povrchu zvyčajne pri nízkej teplote520 stupňov (Bodycote). Žiadne zhášanie, žiadna fázová transformácia, minimálne skreslenie.

Vrstva má dve zóny: zloženú "bielu" vrstvu poskytujúcu "vysokú odolnosť voči opotrebovaniu, odieraniu, zadretiu a zadretiu" a difúznu vrstvu pod ňou, ktorá poskytuje "zvýšenú únavovú pevnosť" a podporuje zloženú vrstvu.

O tom, či je pre vás nitridácia dostupná, rozhodujú dve obmedzenia:

Materiál.Je „najúčinnejšia, keď sa aplikuje na rad ocelí obsahujúcich nitrid{0}}tvoriace prvky, ako je chróm, molybdén, vanád a hliník.“ Všetky železné materiály môžu byť nitridované plynom až do 5 % chrómu; nad tým plazmová nitridácia. Pre obyčajnú uhlíkovú oceľ je kritické: „V dôsledku nedostatku legujúcich prvkov oceľ AISI 1045 nereaguje na proces nitridácie“ (AZOM). Ak je váš stojan C45, nitridovanie nie je možné.

Hĺbka puzdra.Nitridované puzdrá sú tenké. Pre 38CrMoAl, nitridačnú-triedu špecifickú, sú publikované údaje 900 – 1100 HV (~ 65 – 70 HRC) s prípadom iba0,3–0,6 mm.

To tenké puzdro je obmedzenie. Pri silnom Hertzovom kontaktnom namáhaní môže tenká tvrdá vrstva na mäkšom substráte utrpieť rozdrvenie puzdra - vrstva sa zrúti do jadra pod ňou. Nitridácia je vhodná pre stojany, kde dominuje opotrebovanie a odieranie a kontaktné napätie je mierne a kde skreslenie musí byť minimálne, pretože stojan je už hotový-brúsený.

Na dosiahnutie optimálnych výsledkov musí byť materiál pred nitridáciou vytvrdený a temperovaný.

Výber

FAQ

Je 60 HRC lepšie ako 50 HRC na stojane?

Nie automaticky. Vyššia tvrdosť znamená lepšiu odolnosť proti opotrebovaniu a horšiu húževnatosť. Stojan 60 HRC pri nárazovej-aplikácii vylomí zuby, ktoré by prežil aj stojan 50 HRC. Prispôsobte tvrdosť režimu zlyhania, proti ktorému navrhujete.

Môžem indukčne vytvrdiť stojan C45 po obrobení montážnych otvorov?

Môžete, ale skreslenie ovplyvňuje polohu otvoru a rovinnosť, ako aj rozstup zubov. Štandardnou praxou je vyhnúť sa sekundárnym operáciám na indukčne{1}}kalených stojanoch. Najprv stroj, potom vytvrdzujte.

Prečo má môj tvrdený stojan horšiu konzistenciu vôle ako mäkký stojan, ktorý nahradil?

Takmer určite stvrdnutie skreslenia, ak by sa potom zuby nebrúsili. Publikovaná chyba rozstupu pre indukčné-tvrdené nepozemné stojany{2}} je okolo ±0,200 mm/m oproti ±0,150 mm/m pre mäkký stojan - kalený stojan je skutočne menej presný.

Akú tvrdosť by mal mať pastorok vzhľadom na hrebeň?

Rovnaké alebo ťažšie. Pretože pastorok vidí najviac cyklov, jeho tvrdosť a trieda kvality by sa mali vždy rovnať alebo prevyšovať hrebeňové. Pastorok robí veľa otáčok na meter dráhy hrebeňa, takže akumuluje kontaktné cykly oveľa rýchlejšie.

Znamená hlbšia hĺbka puzdra vždy dlhšiu životnosť?

Nie a údaje FZG sú explicitné: pri module 0,35 × pevnosť v ohybe koreňa klesne na 80 % hodnoty pri module 0,15–0,25 ×. Nadmerné-zadávanie hĺbky puzdra stojí peniaze a znižuje pevnosť.

Spoločnosť Tianjin OuNaiDa Transmissions Technology prevádzkuje vlastné zariadenia na kalenie a brúsenie zubov-a dodáva stojany v stupňoch S45C, 42CrMo4 a-kalenie. Povedzte nám zaťaženie, charakteristiky nárazu a cieľ presnosti a my vám odporučíme ošetrenie, a nie len uvádzanie tvrdosti, o ktorú ste žiadali.

Indukčne kalené stojany, moduly M5 až M8