Cảm ứng cứng, được cacbon hóa hoặc thấm nitơ? Chọn xử lý nhiệt cho giá đỡ bánh răng

Xử lý nhiệt và mài chính xác trong sản xuất

Từ khóa mục tiêu:xử lý nhiệt giá bánh răng

Sơ trung:giá đỡ bánh răng cảm ứng cứng, bánh răng sâu làm cứng vỏ, độ cứng giá đỡ HRC

Mô tả meta:Số liệu về độ cứng thực tế và độ sâu thùng đối với giá đỡ được làm cứng bằng cảm ứng, được cacbon hóa và thấm nitơ - cùng với lý do tại sao việc làm cứng lại làm hỏng độ chính xác và nghiên cứu cho biết gì về độ sâu thùng tối ưu.

Có một số độ cứng trên bản vẽ giá của bạn. Nó đến từ đâu?

Theo kinh nghiệm của chúng tôi, khoảng một nửa thời gian nó được sao chép từ bản vẽ trước đó và không ai nhớ tại sao. Nửa còn lại được chọn vì cao hơn nghe có vẻ an toàn hơn. Cả hai lý do đều không chính đáng và cả hai đều có thể khiến bạn mất tiền hoặc giá đỡ bị hỏng.

Xử lý nhiệt trên giá bánh răng là sự cân bằng-giữa độ cứng bề mặt, độ bền của lõi, độ sâu vỏ, độ méo và giá cả. Giữ thăng bằng sai cách và bạn có thể bị mòn hai bên sườn hoặc gãy răng. Đây là những gì dữ liệu được công bố thực sự hỗ trợ.

Làm cứng cảm ứng - công việc cần thiết

Quá trình làm cứng cảm ứng chạy một dòng điện tần số cao qua một cuộn dây xung quanh khu vực răng, chỉ làm nóng lớp bề mặt, sau đó làm nguội nó. Lõi không bao giờ đạt tới nhiệt độ austenit hóa nên nó vẫn bền.

Hình 1. Phạm vi độ cứng bề mặt và độ sâu vỏ theo phương pháp xử lý.

Độ cứng có thể đạt được, từ các nguồn được công bố:

Hai ràng buộc cứng chi phối liệu một vật liệu có thể được làm cứng bằng cảm ứng hay không. Quá trình này đòi hỏi thép cóhàm lượng carbon từ 0,30% trở lên- dưới đây đơn giản là không có đủ cacbon để tạo thành mactenxit. Ở phần trên cùng, carbon phải ở mức dưới khoảng 0,55%, với hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho thấp, để giảm nguy cơ nứt nguội.

Khoảng 0,30% đến 0,55% carbon, chính xác là lý do tại sao S45C và 42CrMo4 (SCM440) chiếm ưu thế trong sản xuất giá đỡ. Nó không phải là truyền thống; đó là luyện kim.

Một hạn chế quan trọng hơn mọi người mong đợi: ngay cả khi sườn và chóp răng đã cứng lại bình thường thì chân răng thường không hoạt động.

Chân răng là nơi bắt đầu xuất hiện các vết nứt mỏi khi uốn. Nếu chế độ hư hỏng của bạn là mỏi gốc chứ không phải mòn mặt sườn, thì quá trình làm cứng cảm ứng có thể không giải quyết được vấn đề bạn gặp phải. Nghiên cứu FZG xác nhận hình học của điều này một cách trực tiếp - đối với tất cả các bánh răng được tôi-cảm ứng đã được thử nghiệm, "đường viền cứng dày nhất ở hai bên răng và thấp nhất ở khu vực tiếp tuyến 30 độ với phi lê chân răng."

Hình phạt chính xác không ai đề cập trong trích dẫn

Làm cứng làm biến dạng một phần. Trên một giá đỡ dài mảnh, sự biến dạng đó sẽ dẫn thẳng đến lỗi cao độ.

Khi sử dụng phương pháp làm cứng cảm ứng, độ chính xác của bánh răng bị giảm do biến dạng sau khi gia nhiệt. Việc mài răng sau đó là cần thiết nếu muốn có độ chính xác cao.

Kích thước của hiệu ứng có thể nhìn thấy được qua cách phân loại giá đỡ theo quy trình:

Cùng một giá đo 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.

Đó là hệ số chính xác từ bốn đến tám, được phục hồi bằng thao tác hoàn thiện. Cách thực hiện: "Vật liệu thừa còn sót lại trong quá trình mài răng để chúng có thể được nghiền sau khi đông cứng."

Vì vậy, đặc điểm kỹ thuật thực sự không phải là "cảm ứng cứng". Đó là "cảm ứng cứngvà nghiền sau khi đông cứng." Nếu bản vẽ của bạn nói cái trước và ứng dụng của bạn cần cái sau, bạn sẽ thất vọng vì một giá đỡ tuân thủ về mặt kỹ thuật.

Một hệ quả thực tế đáng cần biết trước khi bạn lập kế hoạch gia công: thường có thể thực hiện các thao tác thứ cấp trên giá đỡ ở bất kỳ điều kiện nào ngoại trừ các răng được làm cứng bằng cảm ứng. Khoan lỗ lắp trước khi làm cứng, không phải sau.

Thấm cacbon - khi bạn cần hộp cứng và lõi cứng

Quá trình thấm cacbon sẽ khuếch tán cacbon vào bề mặt của thép-có hàm lượng cacbon thấp, sau đó được làm nguội. Cuối cùng, bạn sẽ có một hộp cứng có hàm lượng cacbon-cao thay vì lõi cứng có hàm lượng cacbon-có hàm lượng cacbon thấp.

Thực hành thấm cacbon tiêu chuẩn cho sản xuất bánh răng và giá đỡ.

Đối với 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), một trong những loại cấp độ cứng-theo tiêu chuẩn Châu Âu, đã công bố số liệu sau khi thấm cacbon và làm nguội thích hợp (Thép Otai):

Độ cứng bề mặt:58–62 HRC

Độ sâu trường hợp hiệu quả:0,6–1,2 mm điển hình

Độ cứng lõi:28–35 HRC

Độ bền kéo lõi (điều kiện vỏ cứng): 850–1000 MPa, năng suất ~550 MPa

Con số về độ cứng cốt lõi là điểm của toàn bộ bài tập. Ở 28–35 HRC, lõi vẫn hấp thụ va đập và chống lại sự lan truyền vết nứt, trong khi vỏ 58–62 HRC chống rỗ và mài mòn. Một-giá đỡ được làm cứng hoàn toàn ở 55 HRC không có dự trữ như vậy - nó cứng xuyên suốt và tương ứng là giòn.

Quá trình thấm cacbon tốn kém hơn, mất nhiều thời gian hơn và biến dạng nhiều hơn so với quá trình làm cứng cảm ứng. Chỉ định nó khi ứng suất tiếp xúc thực sự cao và có tải sốc.

Vụ án nên sâu đến mức nào? Nghiên cứu có một số

Đây là nơi hầu hết các thông số kỹ thuật đều là phỏng đoán, vì vậy rất đáng để trích dẫn nghiên cứu thực tế.

Hình 2. Độ bền uốn của chân đế giảm khi độ sâu trường hợp vượt quá 0,25 x mô-đun (dữ liệu nghiên cứu của FZG / TU Munchen).

Một nghiên cứu của FZG tại TU München (FVA 660 II, được xuất bản qua AGMA 22FTM14) đã thử nghiệm bánh răng 42CrMo4 ở các mô-đun thông thường là 14 mm và 20 mm với khe hở-bằng-làm cứng cảm ứng khe hở, đo cường độ uốn chân răng so với độ sâu tôi cứng bề mặt (SHD400, độ sâu đến giới hạn 400 HV1).

Các phát hiện, được trích dẫn trực tiếp:

"dường như có SHD400 tối ưu trong khoảng 0,15 đến 0,25 × m_n."

"Độ bền uốn chân răng của biến thể có SHD 0,35 × m_n chỉ đạt 80% độ bền uốn chân răng của biến thể có SHD thấp hơn."

Sâu hơn là tồi tệ hơn. Trường hợp ở mô-đun 0,35 × mất 1/5 cường độ uốn gốc so với mô-đun 0,15–0,25 ×.

Cơ chế là ứng suất dư. Vỏ cứng nông để lại bề mặt bị nén, giúp ngăn chặn sự hình thành vết nứt. Đẩy vỏ quá sâu, lớp nén yếu đi và vùng chuyển tiếp di chuyển vào vùng có ứng suất uốn cao.

Trên thực tế, đối với giá đỡ mô-đun 4, phạm vi đó là 0,6 đến 1,0 mm. Đối với mô-đun 8, 1,2 đến 2,0 mm. Các điều kiện khuyến nghị của nghiên cứu, đối với kích thước bánh răng m_n=14 đến 20 mm: SHD400 ở mức 0,15–0,25 × m_n, gần bằng nhau ở hai bên sườn bên trái và bên phải, độ cứng bề mặt 650–750 HV, không có vết nứt cứng.

Bạn nên biết một số liệu có liên quan từ cùng một nghiên cứu nếu bạn có một ứng dụng quan trọng về độ mỏi: biến thể nổ mìn-đã đạt đến số ứng suất uốn danh nghĩa gần 600 N/mm2, cao hơn khoảng 30% so với phiên bản tham chiếu không nổ mìn và cao hơn so với trường hợp-so sánh cứng. Bắn peening gây ra ứng suất dư nén và nó hoạt động.

Ngược lại, ISO 6336-5 đánh giá các bánh răng được tôi cứng bề mặt-thấp hơn khoảng 20 phần trăm so với trường hợp-các bánh răng được tôi cứng để có ứng suất tối đa cho phép. Quá trình thấm cacbon vẫn giành chiến thắng nhờ khả năng thô - quá trình làm cứng cảm ứng cộng với quá trình mài mòn chỉ thu hẹp khoảng cách với chi phí thấp hơn.

Thấm nitơ - cứng, mỏng và hầu như không bị biến dạng

Thấm nitơ khuếch tán nitơ vào bề mặt ở nhiệt độ thấp, thường520 độ (Bodycote). Không dập tắt, không biến đổi pha, biến dạng tối thiểu.

Lớp này có hai vùng: lớp hỗn hợp "màu trắng" mang lại "khả năng chống mài mòn, trầy xước, mòn và co giật cao" và lớp khuếch tán bên dưới mang lại "độ bền mỏi được cải thiện" và hỗ trợ lớp hợp chất.

Hai ràng buộc quyết định liệu bạn có thể sử dụng phương pháp thấm nitơ hay không:

Vật liệu.Nó "hiệu quả nhất khi áp dụng cho các loại thép có chứa các nguyên tố tạo thành nitrit{0}}chẳng hạn như crom, molypden, vanadi và nhôm." Tất cả các vật liệu kim loại màu có thể được thấm nitơ bằng khí lên tới 5% crom; trên đó là thấm nitơ huyết tương. Điều quan trọng, đối với thép cacbon trơn: “Do thiếu các nguyên tố hợp kim nên thép AISI 1045 không đáp ứng được quá trình thấm nitơ” (AZoM). Nếu giá đỡ của bạn là C45 thì thấm nitơ không phải là một lựa chọn.

Độ sâu trường hợp.Vỏ nitrided mỏng. Đối với 38CrMoAl, một loại đặc biệt thấm nitơ-, số liệu được công bố là 900–1100 HV (~65–70 HRC) với trường hợp chỉ0,3–0,6 mm.

Vỏ mỏng đó chính là hạn chế. Dưới áp lực tiếp xúc Hertzian lớn, một lớp cứng mỏng trên một chất nền mềm hơn có thể bị nghiền nát - lớp này sụp đổ vào lõi bên dưới nó. Thấm nitơ phù hợp với các giá đỡ nơi mà sự mài mòn và ăn mòn chiếm ưu thế và ứng suất tiếp xúc ở mức vừa phải, đồng thời ở đó độ biến dạng phải ở mức tối thiểu vì giá đỡ đã được mài xong-.

Vật liệu phải được làm cứng và tôi luyện trước khi thấm nitơ để có kết quả tối ưu.

Lựa chọn

Câu hỏi thường gặp

60 HRC có tốt hơn 50 HRC trên giá không?

Không tự động. Độ cứng cao hơn có nghĩa là khả năng chống mài mòn tốt hơn và độ dẻo dai kém hơn. Giá đỡ 60 HRC trong một ứng dụng-bị sốc sẽ làm sứt mẻ giá đỡ 50 HRC sẽ tồn tại. Kết hợp độ cứng với chế độ hỏng hóc mà bạn đang thiết kế.

Tôi có thể làm cứng giá đỡ C45 sau khi gia công các lỗ lắp không?

Bạn có thể, nhưng sự biến dạng sẽ ảnh hưởng đến vị trí lỗ và độ phẳng cũng như bước răng. Phương pháp tiêu chuẩn là tránh các thao tác thứ cấp trên các giá đỡ cứng-cảm ứng. Máy đầu tiên, cứng thứ hai.

Tại sao giá cứng của tôi có độ phản ứng ngược kém hơn giá mềm mà nó thay thế?

Hầu như chắc chắn sẽ bị biến dạng cứng nếu răng không được mài sau đó. Sai số bước được công bố đối với giá đỡ cảm ứng-không được làm cứng- trên mặt đất là khoảng ±0,200 mm/m so với ±0,150 mm/m đối với giá đỡ mềm - giá đỡ cứng thực sự kém chính xác hơn.

Độ cứng của bánh răng so với giá đỡ là bao nhiêu?

Bằng hoặc khó hơn. Bởi vì bánh răng chịu được nhiều chu kỳ nhất nên độ cứng và chất lượng của nó phải luôn bằng hoặc cao hơn giá đỡ. Bánh răng thực hiện nhiều vòng quay trên mỗi mét di chuyển của thanh răng, vì vậy nó tích lũy các chu kỳ tiếp xúc nhanh hơn nhiều.

Độ sâu vỏ máy sâu hơn có luôn đồng nghĩa với tuổi thọ dài hơn không?

Không, và dữ liệu FZG rất rõ ràng: ở mô-đun 0,35 ×, cường độ uốn gốc giảm xuống 80% giá trị ở mô-đun 0,15–0,25 ×. -Việc chỉ định quá mức độ sâu chữ sẽ tốn tiền và giảm sức mạnh.

Công nghệ truyền động OuNaiDa Thiên Tân vận hành thiết bị mài và làm cứng răng trong-các giá đỡ vật tư và gia dụng ở cấp độ S45C, 42CrMo4 và các cấp độ cứng-của hộp. Hãy cho chúng tôi biết tải trọng, đặc tính sốc và mục tiêu chính xác, chúng tôi sẽ đề xuất cách xử lý thay vì chỉ trích dẫn độ cứng mà bạn yêu cầu.

Giá đỡ cảm ứng cứng, mô-đun M5 đến M8