Indukčně kalené, nauhličované nebo nitridované? Výběr tepelného zpracování pro ozubené tyče

Tepelné zpracování a přesné broušení ve výrobě

Cílové klíčové slovo:tepelné zpracování ozubené tyče

Sekundární:indukčně kalená ozubená tyč, hloubkové ozubení, tvrdost hřebene HRC

Meta popis:Skutečné hodnoty tvrdosti a hloubky pouzdra pro indukčně kalené, nauhličované a nitridované stojany - plus proč kalení ničí přesnost a co výzkum říká o optimální hloubce pouzdra.

Na výkresu stojanu je číslo tvrdosti. odkud se to vzalo?

Podle našich zkušeností byla zhruba polovina případů zkopírována z předchozího výkresu a nikdo si nepamatuje proč. Druhá polovina byla vybrána, protože vyšší znělo bezpečněji. Ani jedno není dobrý důvod a obojí vás může stát peníze nebo nepovedený stojan.

Tepelné zpracování na ozubeném hřebenu je soubor kompromisů-mezi tvrdostí povrchu, houževnatostí jádra, hloubkou pouzdra, deformací a cenou. Špatně vyvážení a buď opotřebujete boky, nebo prasknete zuby. Zde je to, co publikovaná data skutečně podporují.

Indukční kalení - tahoun

Indukční kalení vede vysoko{0}}frekvenční proud skrz cívku kolem oblasti zubu, ohřívá pouze povrchovou vrstvu a poté ji kalí. Jádro nikdy nedosáhne austenitizační teploty, takže zůstává houževnaté.

Obrázek 1. Rozsahy povrchové tvrdosti a hloubky pouzdra podle metody úpravy.

Dosažitelná tvrdost, z publikovaných zdrojů:

Dvě tvrdá omezení určují, zda lze materiál vůbec indukčně kalit. Proces vyžaduje ocel sobsah uhlíku 0,30 % nebo více- níže, že prostě není dostatek uhlíku k vytvoření martenzitu. Na horním konci by uhlík měl zůstat pod asi 0,55 %, s nízkým obsahem síry a fosforu, aby se snížila možnost praskání při rychlém zchlazení.

Toto okno, 0,30 % až 0,55 % uhlíku, je přesně důvodem, proč S45C a 42CrMo4 (SCM440) dominují výrobě stojanů. Není to tradice; je to metalurgie.

Jedno omezení je důležitější, než lidé očekávají: i když bok a špička zubu správně ztvrdnou, kořen zubu často ne.

Kořen zubu je místem, kde začínají trhliny způsobené ohybem. Pokud je vaším způsobem selhání spíše únava kořene než opotřebení boku, indukční kalení nemusí vyřešit váš problém. Studie FZG potvrzuje geometrii tohoto přímo - u všech testovaných indukčně-kalených ozubených kol, „kontura kalení je nejtlustší na bocích zubu a nejnižší v oblasti 30 stupňů tečny k zaoblení kořene zubu.“

Trest za přesnost v citaci nikdo nezmiňuje

Kalení deformuje součást. Na dlouhém štíhlém stojanu jde toto zkreslení přímo do chyby výšky tónu.

Při použití indukčního kalení se přesnost ozubení snižuje pnutím po zahřátí. Je-li požadována vysoká přesnost, je nutné následně obroušení zubů.

Velikost efektu je viditelná v tom, jak jsou stojany tříděny podle procesu:

Stejný stojan, který měří 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 čtyři až osm přesnosti, získaný dokončovací operací. Způsob, jakým se to dělá: "Při frézování zubů zůstává materiál navíc, takže je lze po vytvrzení brousit."

Skutečná specifikace tedy není „indukčně kalená“. Je „indukčně kalenáa po vytvrzení brousit." Pokud váš výkres říká první a vaše aplikace potřebuje druhé, budete zklamáni stojanem, který je technicky vyhovující.

Jeden praktický důsledek, který stojí za to vědět, než naplánujete obrábění: sekundární operace jsou normálně možné na stojanech v jakémkoli stavu kromě indukčně -kalených zubů. Vyvrtejte montážní otvory před vytvrzením, ne po něm.

Nauhličování -, když potřebujete pevné pouzdro a pevné jádro

Při nauhličování se uhlík rozptýlí do povrchu -uhlíkové oceli a poté se zchladí. Skončíte s vysokým-uhlíkovým pevným pouzdrem nad nízkouhlíkovým-tvrdým jádrem.

Standardní praxe nauhličování pro výrobu ozubených kol a hřebenů.

Pro 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), jeden ze standardních evropských-tříd kalení, byly zveřejněny údaje po řádném nauhličování a kalení (Otai Steel):

Tvrdost povrchu:58–62 HRC

Efektivní hloubka pouzdra:Typické 0,6–1,2 mm

Tvrdost jádra:28–35 HRC

Pevnost jádra v tahu (tvrzený stav): 850–1000 MPa, kluznost ~550 MPa

Údaj o tvrdosti jádra je smyslem celého cvičení. Při 28–35 HRC jádro stále tlumí nárazy a odolává šíření trhlin, zatímco pouzdro 58–62 HRC odolává důlkové korozi a opotřebení. Průchozí-tvrzený stojan na 55 HRC takovou rezervu nemá - je po celé délce tvrdý a odpovídajícím způsobem křehký.

Nauhličování je dražší, trvá déle a více deformuje než indukční kalení. Uveďte, když je kontaktní napětí skutečně vysoké a dochází k rázovému zatížení.

Jak hluboký by měl být případ? Výzkum má řadu

Zde je většina specifikací pouze odhady, takže stojí za to citovat skutečný výzkum.

Obrázek 2. Pevnost v ohybu kořene klesá, když hloubka pouzdra přesáhne 0,25 x modul (výzkumná data FZG / TU Munchen).

Studie FZG na TU München (FVA 660 II, publikovaná prostřednictvím AGMA 22FTM14) testovala ozubená kola 42CrMo4 na normálních modulech 14 mm a 20 mm s mezerou-pomocí-mezerového indukčního kalení, měřením pevnosti v ohybu kořene zubu proti limitní hloubce povrchového kalení (SHD400, HV1).

Přímo citované poznatky:

"zdá se, že optimální SHD400 je v rozsahu 0,15 až 0,25 × m_n."

"Pevnost v ohybu kořene zubu u varianty s SHD 0,35 × m_n dosahuje pouze 80 procent pevnosti v ohybu kořene zubu u variant s nižší SHD."

Hlubší je horší. Pouzdro s modulem 0,35 × ztratí pětinu své kořenové pevnosti v ohybu ve srovnání s modulem 0,15–0,25 ×.

Mechanismem je zbytkové napětí. Mělké tvrzené pouzdro opouští povrch v tlaku, což potlačuje iniciaci trhlin. Zatlačte pouzdro příliš hluboko a tlaková vrstva zeslábne a přechodová zóna se přesune do oblasti vysokého ohybového napětí.

Prakticky je tento rozsah pro stojan s modulem 4 0,6 až 1,0 mm. Pro modul 8 1,2 až 2,0 mm. Doporučené podmínky studie pro velikosti ozubených kol m_n=14 až 20 mm: SHD400 při 0,15–0,25 × m_n, přibližně stejné na levém a pravém boku, povrchová tvrdost 650–750 HV, žádné trhliny při kalení.

Související údaj ze stejné studie stojí za to znát, pokud máte únavovou{0}}kritickou aplikaci: brokovaná- varianta dosáhla nominálního ohybového napětí téměř 600 N/mm², což je asi o 30 procent více než neotryskaná reference a vyšší než u-kalené srovnání. Brokování vyvolává zbytkové tlakové napětí a funguje.

Oproti tomu ISO 6336-5 hodnotí povrchová-kalená ozubená kola asi 20 procent pod-kalená ozubená kola pro maximální dovolené namáhání. Nauhličování stále vítězí na nezpracovaných schopnostech – indukční kalení a brokové otryskávání jen zaceluje mezeru při nižších nákladech.

Nitridování - tvrdé, tenké a sotva zkreslené

Nitridace difunduje dusík do povrchu obvykle při nízké teplotě520 stupňů (Bodycote). Žádné zhášení, žádná fázová transformace, minimální zkreslení.

Vrstva má dvě zóny: složenou "bílou" vrstvu poskytující "vysokou odolnost proti opotřebení, oděru, zadření a zadření" a difúzní vrstvu pod ní poskytující "zlepšenou únavovou pevnost" a podporující složenou vrstvu.

O tom, zda je pro vás nitridace dostupná, rozhodují dvě omezení:

Materiál.Je „nejúčinnější při aplikaci na řadu ocelí obsahujících nitrid{0}}tvorné prvky, jako je chrom, molybden, vanad a hliník.“ Všechny železné materiály lze nitridovat plynem až do 5 % chrómu; nad tím plazmová nitridace. Pro obyčejnou uhlíkovou ocel je kritické: „V důsledku nedostatku legujících prvků ocel AISI 1045 nereaguje na proces nitridace“ (AZOM). Pokud je váš stojan C45, nitridace není možná.

Hloubka pouzdra.Nitridovaná pouzdra jsou tenká. Pro 38CrMoAl, jakost specifickou pro nitridaci-, jsou publikované hodnoty 900–1100 HV (~65–70 HRC) s případem pouze0,3–0,6 mm.

To tenké pouzdro je omezení. Při silném Hertzově kontaktním napětí může tenká tvrdá vrstva na měkčím substrátu utrpět rozdrcení pouzdra - vrstva se zhroutí do jádra pod ní. Nitridování je vhodné pro stojany, kde dominuje opotřebení a oděr a kontaktní napětí je mírné a kde zkreslení musí být minimální, protože stojan je již dokončen-broušený.

Pro optimální výsledky musí být materiál před nitridací vytvrzen a popuštěn.

Výběr

FAQ

Je 60 HRC lepší než 50 HRC na stojanu?

Ne automaticky. Vyšší tvrdost znamená lepší odolnost proti opotřebení a horší houževnatost. Stojan o síle 60 HRC při nárazu-zatížené aplikaci vylomí zuby, které by přežil i stojan o síle 50 HRC. Přizpůsobte tvrdost režimu selhání, proti kterému navrhujete.

Mohu indukčně kalit stojan C45 po obrobení montážních otvorů?

Můžete, ale zkreslení ovlivňuje polohu otvoru a rovinnost a také rozteč zubů. Standardní praxí je vyhnout se sekundárním operacím na indukčně{1}}kalených stojanech. Nejprve obrobte, poté vytvrzujte.

Proč má můj tvrzený stojan horší konzistenci vůle než měkký, který nahradil?

Téměř jistě tuhnutí zkreslení, pokud by zuby nebyly následně obroušeny. Publikovaná chyba rozteče pro indukční -tvrzené nebroušené stojany{2}} je kolem ±0,200 mm/m oproti ±0,150 mm/m pro měkký stojan - tvrzený stojan je skutečně méně přesný.

Jakou tvrdost by měl mít pastorek vůči hřebenu?

Stejné nebo těžší. Protože pastorek vidí nejvíce cyklů, jeho tvrdost a třída kvality by měla být vždy stejná nebo vyšší než u hřebene. Pastorek dělá mnoho otáček na metr dráhy hřebene, takže akumuluje kontaktní cykly mnohem rychleji.

Znamená hlubší hloubka pouzdra vždy delší životnost?

Ne a data FZG jsou explicitní: při 0,35 × modulu pevnost v ohybu kořene klesne na 80 % hodnoty při 0,15–0,25 × modulu. Přílišné-zadání hloubky pouzdra stojí peníze a snižuje pevnost.

Společnost Tianjin OuNaiDa Transmissions Technology provozuje vlastní zařízení pro kalení a broušení zubů{{0} a dodává stojany ve stupních S45C, 42CrMo4 a cementování-. Sdělte nám zatížení, charakteristiky rázu a cílovou přesnost a my vám doporučíme ošetření spíše než jen uvádět tvrdost, o kterou jste požádali.

Indukčně kalené stojany, moduly M5 až M8