Индукционно закалено, карбуризирано или азотирано? Избор на термична обработка за зъбни рейки

Термична обработка и прецизно смилане в производството

Целева ключова дума:термична обработка на зъбна рейка

Вторичен:индукционно закалена зъбна рейка, зъбни колела с дълбочина на закаляване, твърдост на зъбната рейка HRC

Мета описание:Реални данни за твърдост и дълбочини на корпуса за индукционно закалени, карбуризирани и азотирани стелажи - плюс защо закаляването съсипва точността и какво казва изследването за оптималната дълбочина на корпуса.

На чертежа на стелажа ви има номер на твърдост. Откъде дойде?

Според нашия опит около половината от случаите е копиран от предишен чертеж и никой не помни защо. Другата половина беше избрана, защото по-високото звучеше по-безопасно. Нито една от двете причини не е добра и двете могат да ви струват или пари, или неуспешна стойка.

Термичната обработка на зъбна рейка е набор от компромис-между повърхностна твърдост, издръжливост на сърцевината, дълбочина на корпуса, изкривяване и цена. Сбъркате баланса и или износвате фланговете, или счупвате зъбите. Ето какво всъщност подкрепят публикуваните данни.

Индукционно закаляване - работният кон

Индукционното закаляване пуска високо{0}}честотен ток през намотка около областта на зъба, като нагрява само повърхностния слой, след което го охлажда. Сърцевината никога не достига температура на аустенизиране, така че остава жилава.

Фигура 1. Диапазони на твърдост на повърхността и дълбочини на корпуса по метод на обработка.

Достижима твърдост, от публикувани източници:

Две твърди ограничения определят дали даден материал изобщо може да бъде индукционно закален. Процесът изисква стомана ссъдържание на въглерод 0,30% или повече- по-долу, че просто няма достатъчно въглерод за образуване на мартензит. В горния край въглеродът трябва да остане под около 0,55%, с ниско съдържание на сяра и фосфор, за да се намали вероятността от крекинг при охлаждане.

Този прозорец, 0,30% до 0,55% въглерод, е точно причината S45C и 42CrMo4 (SCM440) да доминират в производството на стелажи. Това не е традиция; това е металургията.

Едно ограничение има повече значение, отколкото хората очакват: дори когато ръбът и върхът на зъба се втвърдят правилно, коренът на зъба често не го прави.

Коренът на зъба е мястото, където започват пукнатините от умора при огъване. Ако вашият режим на повреда е умора на корена, а не износване на фланга, индукционното закаляване може да не решава проблема, който имате. Проучването на FZG потвърждава геометрията на това директно - за всички индукционно{3}}тествани закалени зъбни колела, „контурът на втвърдяване е най-дебел в страните на зъба и най-нисък в зоната на 30 градуса, допирателна към филето на корена на зъба.“

Наказанието за точност никой не споменава в цитата

Втвърдяването изкривява частта. На дълъг тънък багажник това изкривяване преминава направо в грешка на височината.

Когато се използва индукционно закаляване, точността на предавката се намалява от деформация след нагряване. Изпиляването на зъбите след това е необходимо, ако се иска висока точност.

Размерът на ефекта се вижда в това как стелажите се класифицират по процес:

Същата стойка, която е с размери 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.

Това е коефициент от четири до осем по точност, възстановен чрез довършителна операция. Начинът, по който се прави: "Оставя се допълнителен материал по време на фрезоването на зъбите, за да могат да се шлифоват след втвърдяване."

Така че истинската спецификация не е "индукционно закалена". Той е "индукционно закалени смлян след втвърдяване." Ако вашият чертеж казва първото и вашето приложение се нуждае от второто, ще бъдете разочаровани от стелаж, който е технически съвместим.

Една практическа последица, която си струва да знаете, преди да планирате машинна обработка: вторичните операции обикновено са възможни на стелажи във всякакви условия, с изключение на индукционно{0}}закалени зъби. Пробийте вашите монтажни отвори преди втвърдяване, а не след това.

Карбуризиране -, когато имате нужда от твърд корпус и здрава сърцевина

Карбуризирането дифундира въглерод в повърхността на ниско{0}}въглеродна стомана, след което се охлажда. В крайна сметка получавате високо-въглероден твърд корпус над ниско-въглеродно здраво ядро.

Стандартна практика за карбиране за производство на зъбни колела и зъбни рейки.

За 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), един от стандартните европейски степени на втвърдяване, публикувани цифри след подходящо карбиране и закаляване (Otai Steel):

Твърдост на повърхността:58–62 HRC

Ефективна дълбочина на кутията:0,6–1,2 mm типично

Твърдост на сърцевината:28–35 HRC

Якост на опън на сърцевината (закалено състояние): 850–1000 MPa, провлачване ~550 MPa

Цифрата за твърдост на ядрото е целта на цялото упражнение. При 28–35 HRC сърцевината все още абсорбира удари и издържа на разпространението на пукнатини, докато корпусът 58–62 HRC издържа на хлътване и износване. -Закалена стойка при 55 HRC няма такъв резерв - тя е твърда докрай и съответно крехка.

Карбуризирането струва повече, отнема повече време и изкривява повече от индукционното закаляване. Посочете го, когато контактното напрежение е наистина високо и е налице ударно натоварване.

Колко дълбок трябва да е случаят? Изследването има номер

Това е мястото, където повечето спецификации са предположения, така че си струва да цитирате действителни изследвания.

Фигура 2. Якостта на огъване на корена пада, когато дълбочината на корпуса надвиши 0,25 x модул (данни от изследване на FZG / TU Munchen).

Проучване от FZG в TU München (FVA 660 II, публикувано чрез AGMA 22FTM14) тества зъбни колела от 42CrMo4 при нормални модули от 14 mm и 20 mm с индукционно закаляване на празнина-по-пролука, измервайки якостта на огъване на корена на зъба спрямо дълбочината на повърхностно втвърдяване (SHD400, дълбочината до 400 граница HV1).

Констатации, цитирани директно:

"изглежда, че има оптимален SHD400 в диапазона от 0,15 до 0,25 × m_n."

„Якостта на огъване на зъбния корен на варианта с SHD от 0,35 × m_n достига само 80 процента от якостта на огъване на зъбния корен на вариантите с по-нисък SHD.“

По-дълбоко е по-лошо. Корпус с 0,35 × модул губи една пета от якостта си на огъване на корена в сравнение с 0,15–0,25 × модул.

Механизмът е остатъчно напрежение. Плитко закален корпус оставя повърхността в компресия, което потиска образуването на пукнатини. Натиснете кутията твърде дълбоко и компресиращият слой отслабва и преходната зона се премества в област с високо напрежение на огъване.

На практика за стелаж с модул 4 този диапазон е от 0,6 до 1,0 mm. За модул 8, 1,2 до 2,0 мм. Препоръчителните условия на проучването за размери на зъбни колела m_n=14 до 20 mm: SHD400 при 0,15–0,25 × m_n, приблизително равни на лявата и дясната страна, твърдост на повърхността 650–750 HV, без пукнатини от втвърдяване.

Свързана цифра от същото проучване си струва да знаете, ако имате-критично приложение за умора: дроб{1}}вариантът достигна номинално напрежение на огъване от близо 600 N/mm², около 30 процента по-високо от неблагоструйния еталон и по-високо от-закаленото сравнение. Дробното пробиване предизвиква остатъчно напрежение при натиск и работи.

В сравнение с това, ISO 6336-5 оценява повърхностно{3}}закалените зъбни колела с около 20 процента под-закалените зъбни колела за максимално допустимо напрежение. Карбуризирането все още печели по отношение на необработените възможности - индукционното закаляване плюс ударно уплътняване просто затваря празнината на по-ниска цена.

Азотиране - твърдо, тънко и едва деформирано

Азотирането обикновено дифундира азот в повърхността при ниска температура520 градуса (Бодико). Без охлаждане, без фазова трансформация, минимално изкривяване.

Слоят има две зони: смесен "бял" слой, осигуряващ "висока устойчивост на износване, надраскване, протриване и задръстване" и дифузионен слой отдолу, осигуряващ "подобрена якост на умора" и поддържащ слоя на съединението.

Две ограничения решават дали азотирането е достъпно за вас:

Материал.Той е „най-ефективен, когато се прилага към редица стомани, съдържащи нитрид{0}}образуващи елементи като хром, молибден, ванадий и алуминий.“ Всички железни материали могат да бъдат азотирани с газ до 5% хром; над това, плазмено азотиране. Критично за обикновената въглеродна стомана: „Поради липсата на легиращи елементи стоманата AISI 1045 не реагира на процеса на азотиране“ (AZoM). Ако багажникът ви е C45, азотирането не е опция.

Дълбочина на корпуса.Азотираните кутии са тънки. За 38CrMoAl, специфична степен за азотиране-, публикуваните цифри са 900–1100 HV (~65–70 HRC) със случай само0,3–0,6 mm.

Този тънък корпус е ограничението. При силно контактно напрежение на Херциан тънък твърд слой върху по-мек субстрат може да претърпи смачкване на корпуса - слоят се свива в ядрото под него. Азотирането е подходящо за стелажи, където доминират износването и стърчането и контактното напрежение е умерено и където изкривяването трябва да е минимално, тъй като стелажът вече е окончателно шлифован.

Материалът трябва да бъде закален и темпериран преди азотиране за оптимални резултати.

Избиране

ЧЗВ

60 HRC по-добре ли е от 50 HRC на багажник?

Не автоматично. По-високата твърдост означава по-добра устойчивост на износване и по-лоша якост. Стойка с 60 HRC при ударно-натоварено приложение ще изпочупи зъбите, които би издържала стойка с 50 HRC. Съпоставете твърдостта с режима на отказ, срещу който проектирате.

Мога ли да закаля индукционно стелаж C45 след обработка на монтажните отвори?

Можете, но изкривяването засяга позицията на отвора и плоскостта, както и стъпката на зъбите. Стандартна практика е да се избягват вторични операции върху индукционно{1}}закалени стелажи. Първо машина, второ втвърдяване.

Защо моята закалена стойка има по-лоша хлабина от меката, която смени?

Почти сигурно изкривяване при втвърдяване, ако зъбите не са били изпилени след това. Публикуваната грешка на стъпката за индукционно{1}}закалени не-не{2}}стойки е около ±0,200 mm/m срещу ±0,150 mm/m за мека стойка - закалената стойка е наистина по-малко точна.

Каква твърдост трябва да има зъбното колело спрямо рейката?

Равно или по-трудно. Тъй като пиньонът вижда най-много цикли, неговата твърдост и клас на качество винаги трябва да са равни или надвишават тези на рейката. Зъбното колело прави много обороти на метър ход на зъбната рейка, така че натрупва контактни цикли много по-бързо.

По-голямата дълбочина на корпуса винаги ли означава по-дълъг живот?

Не, и данните за FZG са ясни: при 0,35 × модул якостта на огъване на корена пада до 80% от стойността при 0,15–0,25 × модул. Над-определянето на дълбочина на кутията струва пари и намалява здравината.

Tianjin OuNaiDa Transmissions Technology експлоатира оборудване за закаляване и шлайфане на зъбите-вътрешно и доставя стелажи в S45C, 42CrMo4 и степени за-закаляване. Кажете ни натоварването, ударните характеристики и целта за точност и ние ще препоръчаме лечението, вместо просто да цитираме твърдостта, която сте поискали.

Индукционно закалени стелажи, модули M5 до M8