การเหนี่ยวนำแข็งตัว, คาร์บูไรซ์หรือไนไตรด์? การเลือกการอบชุบด้วยความร้อนสำหรับชั้นวางเกียร์

การรักษาความร้อนและการบดที่แม่นยำในการผลิต

คำหลักเป้าหมาย:การรักษาความร้อนของชั้นวางเกียร์

รอง:ชั้นวางเกียร์ชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ, เฟืองความลึกชุบแข็งเคส, ความแข็งของชั้นวาง HRC

คำอธิบายเมตา:ตัวเลขความแข็งจริงและความลึกของเคสสำหรับชั้นวางชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ คาร์บูไรซ์ และไนไตรด์ - รวมถึงสาเหตุที่ทำให้ความแม่นยำของความเสียหายในการชุบแข็งลดลง และสิ่งที่การวิจัยกล่าวถึงเกี่ยวกับความลึกของเคสที่เหมาะสมที่สุด

มีเลขความแข็งอยู่บนแบบวาดชั้นวางของคุณ มันมาจากไหน?

จากประสบการณ์ของเรา ประมาณครึ่งหนึ่งของเวลาที่คัดลอกมาจากภาพวาดครั้งก่อน และไม่มีใครจำได้ว่าทำไม อีกครึ่งหนึ่งถูกเลือกเพราะเสียงสูงกว่าปลอดภัยกว่า ไม่ใช่เหตุผลที่ดี และทั้งสองอย่างอาจทำให้คุณต้องเสียเงินหรือชั้นวางที่ล้มเหลว

การอบชุบด้วยความร้อนบนแร็คเกียร์เป็นชุดของ-ข้อเสียระหว่างความแข็งของพื้นผิว ความทนทานของแกน ความลึกของเคส การบิดเบี้ยว และราคา การทรงตัวผิดและอาจทำให้สีข้างสึกหรอหรือทำให้ฟันแตกได้ นี่คือสิ่งที่ข้อมูลที่เผยแพร่สนับสนุนจริง ๆ

การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ - แรงม้า

การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำจะจ่ายกระแสไฟฟ้าความถี่สูง-ผ่านขดลวดรอบๆ บริเวณฟัน ให้ความร้อนเฉพาะชั้นผิวเท่านั้น จากนั้นจึงดับลง แกนกลางไม่เคยมีอุณหภูมิออสเทนไนติงถึงเลย ดังนั้นจึงยังคงแข็งแกร่ง

รูปที่ 1 ช่วงความแข็งของพื้นผิวและความลึกของตัวเรือนโดยวิธีบำบัด

ความแข็งที่ทำได้ จากแหล่งข้อมูลที่ตีพิมพ์:

ข้อจำกัดที่เข้มงวดสองประการควบคุมว่าวัสดุสามารถชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำได้หรือไม่ กระบวนการนี้ต้องใช้เหล็กด้วยปริมาณคาร์บอนตั้งแต่ 0.30% ขึ้นไป- ด้านล่างว่ามีคาร์บอนไม่เพียงพอที่จะก่อตัวเป็นมาร์เทนไซต์ ที่ด้านบนสุด คาร์บอนควรอยู่ต่ำกว่าประมาณ 0.55% โดยมีกำมะถันและฟอสฟอรัสต่ำ เพื่อลดโอกาสที่จะเกิดการแตกร้าว

ช่วงที่มีคาร์บอน 0.30% ถึง 0.55% นั้นคือเหตุผลว่าทำไม S45C และ 42CrMo4 (SCM440) จึงครองการผลิตแบบแร็ค มันไม่ใช่ประเพณี มันเป็นโลหะวิทยา

ข้อจำกัดประการหนึ่งมีความสำคัญมากกว่าที่ผู้คนคาดหวัง: แม้ว่าสีข้างฟันและปลายฟันจะแข็งตัวอย่างเหมาะสม แต่รากฟันกลับไม่แข็งตัวเลย

รากฟันเป็นจุดที่เริ่มเกิดรอยแตกเมื่อยล้า หากโหมดความล้มเหลวของคุณคือความล้าของรากมากกว่าการสึกหรอด้านข้าง การชุบแข็งด้วยกระแสเหนี่ยวนำอาจไม่สามารถแก้ปัญหาของคุณได้ การศึกษาของ FZG ยืนยันรูปทรงของสิ่งนี้โดยตรง - สำหรับเฟืองที่ชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ-ทั้งหมดที่ทดสอบ "โครงร่างการแข็งตัวจะหนาที่สุดที่สีข้างฟันและต่ำสุดในพื้นที่ของเส้นสัมผัส 30 องศากับเนื้อรากฟัน"

การลงโทษความแม่นยำไม่มีใครกล่าวถึงในใบเสนอราคา

การแข็งตัวทำให้ส่วนบิดเบี้ยว บนแร็คที่เรียวยาว ความบิดเบี้ยวนั้นส่งตรงไปสู่ข้อผิดพลาดของระดับเสียง

เมื่อใช้การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ ความแม่นยำของเกียร์จะลดลงตามความเครียดหลังการให้ความร้อน จำเป็นต้องบดฟันในภายหลังหากต้องการความแม่นยำสูง

ขนาดของเอฟเฟกต์จะปรากฏให้เห็นในวิธีการให้คะแนนชั้นวางตามกระบวนการ:

ชั้นวางแบบเดียวกับที่วัด 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.

นั่นคือปัจจัยสี่ถึงแปดของความแม่นยำ ซึ่งได้มาจากการดำเนินการเก็บขั้นสุดท้าย วิธีการทำ: "มีวัสดุเหลืออยู่ในระหว่างการกัดฟัน เพื่อให้สามารถบดได้หลังจากการชุบแข็ง"

ดังนั้นสเปคที่แท้จริงจึงไม่ใช่ "การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ" มันคือ "การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำและบดหลังจากชุบแข็งแล้ว." หากรูปวาดของคุณบอกว่าเป็นแบบแรกและใบสมัครของคุณต้องการอย่างหลัง คุณจะต้องผิดหวังกับชั้นวางที่เป็นไปตามข้อกำหนดทางเทคนิค

ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติประการหนึ่งที่ควรรู้ก่อนวางแผนการตัดเฉือน: โดยปกติแล้วการทำงานขั้นที่สองจะเกิดขึ้นได้บนชั้นวางในทุกสภาวะ ยกเว้นฟันที่แข็งตัวแบบเหนี่ยวนำ- เจาะรูยึดของคุณก่อนที่จะแข็งตัว ไม่ใช่หลังจากนั้น

การเติมคาร์บอน - เมื่อคุณต้องการเคสแข็งและแกนที่แข็งแกร่ง

การเติมคาร์บอนจะกระจายคาร์บอนไปยังพื้นผิวของเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ- แล้วจึงดับลง คุณจะได้กล่องแข็งที่มีคาร์บอนสูง-มากกว่าแกนที่มีคาร์บอนต่ำ-

แนวทางปฏิบัติมาตรฐานในการเติมคาร์บอนสำหรับการผลิตเฟืองและชั้นวาง

สำหรับ 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131) หนึ่งในเกรดการชุบแข็งมาตรฐานของยุโรป- ซึ่งเผยแพร่ตัวเลขหลังจากการเติมคาร์บอนและการชุบแข็งอย่างเหมาะสม (โอไท สตีล):

ความแข็งผิว:58–62 เหล็กแผ่นรีดร้อน

ความลึกของเคสที่มีประสิทธิภาพ:โดยทั่วไป 0.6–1.2 มม

ความแข็งของแกน:28–35 เหล็กแผ่นรีดร้อน

ความต้านทานแรงดึงของแกน (สภาพเคสแข็ง): 850–1,000 MPa, ผลผลิต ~550 MPa

ตัวเลขความแข็งของแกนกลางเป็นจุดของการออกกำลังกายทั้งหมด ที่ 28–35 HRC แกนกลางยังคงดูดซับแรงกระแทกและต้านทานการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว ในขณะที่ตัวเรือน 58–62 HRC ต้านทานการแตกเป็นรูและการสึกหรอ ชั้นวางที่ชุบแข็งทะลุ-ที่ 55 HRC ไม่มีการสำรองดังกล่าว - มันแข็งตลอดทางและมีความเปราะเหมือนกัน

การเติมคาร์บอนมีค่าใช้จ่ายมากกว่า ใช้เวลานานกว่า และบิดเบือนมากกว่าการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ ระบุเมื่อความเค้นสัมผัสสูงอย่างแท้จริงและมีการโหลดแรงกระแทก

คดีควรลึกแค่ไหน? มีงานวิจัยจำนวนหนึ่ง

นี่เป็นส่วนที่คาดเดาข้อกำหนดส่วนใหญ่ ดังนั้นจึงคุ้มค่าที่จะอ้างอิงการวิจัยจริง

รูปที่ 2 ความแข็งแรงในการดัดงอของรากจะลดลงเมื่อความลึกของเคสเกิน 0.25 x โมดูล (ข้อมูลการวิจัยของ FZG / TU Munchen)

การศึกษาโดย FZG ที่ TU München (FVA 660 II เผยแพร่ผ่าน AGMA 22FTM14) ทดสอบเฟือง 42CrMo4 ที่โมดูลปกติขนาด 14 มม. และ 20 มม. โดยมีช่องว่าง-โดย-การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำด้วยช่องว่าง วัดความแข็งแรงในการดัดงอของรากฟันเทียบกับความลึกของการแข็งตัวของพื้นผิว (SHD400 ความลึกถึงขีดจำกัด 400 HV1)

ผลการวิจัยที่อ้างถึงโดยตรง:

"ดูเหมือนว่าจะมี SHD400 ที่เหมาะสมที่สุดในช่วง 0.15 ถึง 0.25 × m_n"

"กำลังดัดงอรากฟันของตัวแปรที่มี SHD 0.35 × m_n ถึงเพียง 80 เปอร์เซ็นต์ของกำลังดัดงอรากฟันของตัวแปรที่มี SHD ต่ำกว่า"

ยิ่งลึกก็ยิ่งแย่ลง เคสที่โมดูล 0.35 × จะสูญเสียความแข็งแรงในการดัดงอของรากถึงหนึ่งในห้า เมื่อเทียบกับโมดูล 0.15–0.25 ×

กลไกคือความเค้นตกค้าง กรณีที่มีความแข็งตื้นจะทำให้พื้นผิวถูกบีบอัด ซึ่งจะยับยั้งการเกิดรอยแตกร้าว ดันเคสให้ลึกเกินไป และชั้นรับแรงอัดจะอ่อนตัวลง และโซนการเปลี่ยนผ่านจะเคลื่อนเข้าสู่บริเวณที่มีความเค้นดัดงอสูง

ในทางปฏิบัติแล้ว สำหรับชั้นวางโมดูล 4 ช่วงดังกล่าวคือ 0.6 ถึง 1.0 มม. สำหรับโมดูล 8, 1.2 ถึง 2.0 มม. เงื่อนไขที่แนะนำของการศึกษา สำหรับขนาดเกียร์ m_n=14 ถึง 20 มม.: SHD400 ที่ 0.15–0.25 × m_n เท่ากันโดยประมาณที่สีข้างซ้ายและขวา ความแข็งของพื้นผิว 650–750 HV ไม่มีรอยแตกร้าวจากการชุบแข็ง

ตัวเลขที่เกี่ยวข้องจากการศึกษาเดียวกันนี้คุ้มค่าที่จะทราบว่าคุณมีความเหนื่อยล้า-การใช้งานที่สำคัญหรือไม่: รูปแบบการยิง-แบบระเบิดมีค่าความเค้นดัดงอเล็กน้อยที่เกือบ 600 นิวตัน/มม.² ซึ่งสูงกว่าค่าอ้างอิงที่ไม่ระเบิดประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ และสูงกว่ากรณี-การเปรียบเทียบแบบแข็ง การขัดผิวด้วยการยิงจะทำให้เกิดความเค้นตกค้างจากแรงอัดและได้ผล

หากไม่เป็นเช่นนั้น ISO 6336-5 จะให้คะแนนพื้นผิว-เฟืองที่ชุบแข็งต่ำกว่าตัวพิมพ์ประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์-เฟืองที่ชุบแข็งเพื่อความเค้นสูงสุดที่อนุญาต การทำคาร์บอนยังคงได้รับชัยชนะจากความสามารถแบบดิบ - การชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำบวกกับการเจาะแบบ shot peening จะช่วยปิดช่องว่างด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า

ไนไตรดิ้ง - แข็ง บาง และแทบไม่บิดเบี้ยว

โดยทั่วไปแล้วไนไตรดิ้งจะกระจายไนโตรเจนลงสู่พื้นผิวที่อุณหภูมิต่ำ520 องศา (บอดี้โคท). ไม่มีการดับ ไม่มีการเปลี่ยนเฟส การบิดเบือนน้อยที่สุด

ชั้นนี้มี 2 โซน: ชั้นผสม "สีขาว" ให้ "ความต้านทานต่อการสึกหรอ การขูดขีด การครูด และการยึดเกาะสูง" และชั้นการแพร่กระจายด้านล่างที่ให้ "ความแข็งแรงเมื่อยล้าที่ดีขึ้น" และรองรับชั้นสารประกอบ

ข้อจำกัดสองประการเป็นตัวกำหนดว่าไนไตรดิ้งสามารถใช้ได้กับคุณหรือไม่:

วัสดุ."มีประสิทธิภาพมากที่สุดเมื่อใช้กับเหล็กกล้าหลากหลายประเภทที่มีส่วนประกอบไนไตรด์- เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม วาเนเดียม และอะลูมิเนียม" วัสดุที่เป็นเหล็กทั้งหมดสามารถเป็นแก๊สไนไตรด์ได้โดยมีโครเมียมสูงถึง 5% เหนือสิ่งอื่นใดคือพลาสมาไนไตรด์ วิกฤตสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา: "เนื่องจากขาดธาตุผสม เหล็ก AISI 1045 จึงไม่ตอบสนองต่อกระบวนการไนไตรด์" (อาโซม). หากแร็คของคุณคือ C45 ไนไตรดิ้งไม่ใช่ตัวเลือก

ความลึกของเคสเคสไนไตรด์มีความบาง สำหรับ 38CrMoAl ซึ่งเป็นเกรดเฉพาะสำหรับไนไตรดิง- ตัวเลขที่เผยแพร่คือ 900–1100 HV (~65–70 HRC) โดยมีกรณีเพียง0.3–0.6 มม.

เคสบางๆ นั้นเป็นข้อจำกัด ภายใต้แรงกดสัมผัสของเฮิร์ตเซียนอย่างหนัก ชั้นแข็งบาง ๆ เหนือซับสเตรตที่นิ่มกว่าสามารถทนทุกข์ทรมานจากการกระแทก - ชั้นจะยุบลงในแกนกลางที่อยู่ด้านล่าง ไนไตรดิ้งเหมาะกับแร็คที่มีการสึกหรอและการครูดและความเค้นจากการสัมผัสอยู่ในระดับปานกลาง และในกรณีที่ต้องมีการบิดเบี้ยวน้อยที่สุดเนื่องจากชั้นวาง-กราวด์เสร็จแล้ว

วัสดุจะต้องได้รับการชุบแข็งและอบคืนตัวก่อนที่จะทำไนไตรด์เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

การเลือก

คำถามที่พบบ่อย

60 HRC ดีกว่า 50 HRC บนแร็คหรือไม่

ไม่โดยอัตโนมัติ ความแข็งที่สูงขึ้นหมายถึงความต้านทานการสึกหรอที่ดีขึ้นและความเหนียวที่แย่ลง ชั้นวาง 60 HRC ในแอปพลิเคชันที่โหลดด้วยแรงกระแทก-จะฟันเศษที่ชั้นวาง 50 HRC จะยังคงอยู่ได้ จับคู่ความแข็งกับโหมดความล้มเหลวที่คุณกำลังออกแบบ

ฉันสามารถทำให้ชั้นวาง C45 แข็งตัวหลังจากเจาะรูยึดได้หรือไม่

คุณทำได้ แต่การบิดเบี้ยวจะส่งผลต่อตำแหน่งและความเรียบของรู ตลอดจนระยะห่างของฟันด้วย แนวทางปฏิบัติมาตรฐานคือการหลีกเลี่ยงการดำเนินการขั้นที่สองบน-ชั้นวางชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ เครื่องก่อน แข็งตัวที่สอง

เหตุใดแร็คที่แข็งของฉันจึงมีระยะฟันเฟืองที่แย่กว่าแร็คแบบอ่อนที่เปลี่ยนใหม่?

เกือบจะทำให้การบิดเบี้ยวแข็งขึ้นอย่างแน่นอนหากฟันไม่กราวด์ในภายหลัง ข้อผิดพลาดของระยะพิทช์ที่เผยแพร่สำหรับแร็คกราวด์-ที่ไม่แข็ง-แบบเหนี่ยวนำอยู่ที่ประมาณ ±0.200 มม./ม. เทียบกับ ±0.150 มม./ม. สำหรับแร็คแบบอ่อน - แร็คแบบแข็งมีความแม่นยำน้อยกว่าอย่างแท้จริง

ความแข็งของปีกนกควรสัมพันธ์กับชั้นวางเท่าไร?

เท่ากันหรือหนักกว่า เนื่องจากปีกนกมองเห็นรอบได้มากที่สุด ความแข็งและระดับคุณภาพจึงควรเท่ากับหรือสูงกว่าของชั้นวางเสมอ เฟืองหมุนได้หลายรอบต่อการเคลื่อนที่ของชั้นวางหนึ่งเมตร ดังนั้นจึงสะสมรอบการสัมผัสได้เร็วกว่ามาก

ความลึกของเคสที่ลึกกว่าหมายถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นเสมอไปหรือไม่?

ไม่ และข้อมูล FZG มีความชัดเจน: ที่ 0.35 × โมดูล ความแข็งแรงในการดัดงอของรากจะลดลงเหลือ 80% ของค่าที่ 0.15–0.25 × โมดูล การระบุความลึกของเคสมากเกินไป-ต้องเสียเงินและลดความเข้มงวดลง

Tianjin OuNaiDa Transmissions Technology ดำเนินการอุปกรณ์การแข็งตัวและการบดฟันใน-โรงเรือนและชั้นวางวัสดุใน S45C, 42CrMo4 และตัวเรือน-เกรดการชุบแข็ง บอกเราเกี่ยวกับน้ำหนักบรรทุก คุณลักษณะการกระแทก และเป้าหมายความแม่นยำ แล้วเราจะแนะนำการรักษา แทนที่จะอ้างอิงแค่ความแข็งที่คุณต้องการ

ชั้นวางชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำ โมดูล M5 ถึง M8