Hartowane indukcyjnie, nawęglane czy azotowane? Wybór obróbki cieplnej zębatek

Obróbka cieplna i precyzyjne szlifowanie w produkcji

Docelowe słowo kluczowe:obróbka cieplna zębatki

Wtórny:zębatka hartowana indukcyjnie, przekładnie głębokościowe utwardzane dyfuzyjnie, zębatka o twardości HRC

Metaopis:Rzeczywiste wartości twardości i głębokości obudowy dla zębatek hartowanych indukcyjnie, nawęglanych i azotowanych - oraz dlaczego hartowanie pogarsza dokładność i co badania mówią na temat optymalnej głębokości obudowy.

Na rysunku stojaka znajduje się liczba twardości. Skąd to się wzięło?

Z naszego doświadczenia wynika, że ​​w mniej więcej połowie przypadków był on kopiowany z poprzedniego rysunku i nikt nie pamięta dlaczego. Drugą połowę wybrano, ponieważ wyższa brzmiała bezpieczniej. Żaden z nich nie jest dobrym powodem, a oba mogą kosztować albo pieniądze, albo uszkodzony stojak.

Obróbka cieplna listwy zębatej to zestaw-kompromisów pomiędzy twardością powierzchni, wytrzymałością rdzenia, głębokością obudowy, odkształceniami i ceną. Jeśli źle wyważysz, albo zużyjesz boki, albo wyrwiesz zęby. Oto, co faktycznie potwierdzają opublikowane dane.

Hartowanie indukcyjne - to koń pociągowy

Hartowanie indukcyjne przepuszcza prąd o wysokiej-częstotliwości przez cewkę wokół obszaru zęba, podgrzewając tylko warstwę powierzchniową, a następnie ją gasząc. Rdzeń nigdy nie osiąga temperatury austenityzacji, więc pozostaje wytrzymały.

Rysunek 1. Zakresy twardości powierzchni i głębokości obudowy według metody obróbki.

Osiągalna twardość, z opublikowanych źródeł:

O tym, czy materiał w ogóle można hartować indukcyjnie, decydują dwa twarde ograniczenia. Proces wymaga stali zzawartość węgla 0,30% lub więcej- poniżej wynika, że ​​po prostu nie ma wystarczającej ilości węgla, aby utworzyć martenzyt. W górnej części zawartość węgla powinna pozostać poniżej około 0,55%, przy niskiej zawartości siarki i fosforu, aby zmniejszyć ryzyko pękania po hartowaniu.

To okno, zawierające od 0,30% do 0,55% węgla, jest właśnie powodem, dla którego w produkcji stojaków dominują S45C i 42CrMo4 (SCM440). To nie jest tradycja; to jest metalurgia.

Jedno ograniczenie ma większe znaczenie, niż ludzie się spodziewają: nawet jeśli bok i wierzchołek zęba stwardnieją prawidłowo, korzeń zęba często nie.

W korzeniu zęba zaczynają się pęknięcia zmęczeniowe zginania. Jeśli przyczyną awarii jest zmęczenie rdzenia, a nie zużycie powierzchni przyłożenia, hartowanie indukcyjne może nie rozwiązać problemu. Badanie FZG potwierdza geometrię tej przekładni bezpośrednio - dla wszystkich testowanych-indukcyjnie przekładni zębatych hartowanych indukcyjnie, „kontur hartowania jest najgrubszy na bokach zęba, a najniższy w obszarze 30 stopni stycznej do zaokrąglenia korzenia zęba”.

Kara za dokładność, o której nikt nie wspomina w cytacie

Hartowanie zniekształca część. W przypadku długiego, smukłego stojaka zniekształcenie to prowadzi bezpośrednio do błędu wysokości dźwięku.

W przypadku hartowania indukcyjnego dokładność przekładni zmniejsza się w wyniku odkształcenia po nagrzaniu. Jeśli wymagana jest wysoka dokładność, wymagane jest późniejsze szlifowanie zębów.

Wielkość efektu widać po sposobie klasyfikacji regałów w procesie:

Ten sam stojak o wymiarach 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.

Jest to współczynnik dokładności od czterech do ośmiu, odzyskany w wyniku operacji wykańczającej. Sposób, w jaki to się robi: „Podczas frezowania zębów pozostaje dodatkowy materiał, aby można je było szlifować po hartowaniu”.

Zatem prawdziwa specyfikacja nie jest „utwardzana indukcyjnie”. Jest „utwardzany indukcyjnie”.i szlifowane po hartowaniu.” Jeśli Twój rysunek mówi to pierwsze, a Twoja aplikacja wymaga tego drugiego, będziesz rozczarowany szafą, która jest zgodna technicznie.

Praktyczna konsekwencja, o której warto wiedzieć przed zaplanowaniem obróbki: operacje dodatkowe są zwykle możliwe na zębatkach w dowolnym stanie, z wyjątkiem zębów hartowanych indukcyjnie. Wywierć otwory montażowe przed stwardnieniem, a nie po.

Nawęglanie -, gdy potrzebna jest twarda obudowa i wytrzymały rdzeń

Nawęglanie powoduje dyfuzję węgla do powierzchni stali-niskowęglowej, a następnie hartowanie. Otrzymujesz twardą obudowę o wysokiej-węglowej zawartości zamiast-twardego rdzenia o niskiej zawartości węgla.

Standardowa praktyka nawęglania przy produkcji przekładni i zębatek.

Dla 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), jednego ze standardowych europejskich-gatunków utwardzania nawęglania, opublikowane zostały dane po odpowiednim nawęglaniu i hartowaniu (Stal Otai):

Twardość powierzchni:58–62 HRC

Efektywna głębokość obudowy:Typowo 0,6–1,2 mm

Twardość rdzenia:28–35 HRC

Wytrzymałość rdzenia na rozciąganie (w stanie nawęglanym): 850–1000 MPa, plastyczność ~550 MPa

Wartość twardości rdzenia jest celem całego ćwiczenia. Przy 28–35 HRC rdzeń nadal absorbuje wstrząsy i jest odporny na rozprzestrzenianie się pęknięć, podczas gdy koperta 58–62 HRC jest odporna na wżery i zużycie. Całkowicie-hartowany stojak o twardości 55 HRC nie ma takiej rezerwy, - jest twardy na całej powierzchni i odpowiednio kruchy.

Nawęglanie kosztuje więcej, trwa dłużej i powoduje większe odkształcenia niż hartowanie indukcyjne. Określ go, gdy naprężenie kontaktowe jest naprawdę duże i występuje obciążenie udarowe.

Jak głęboka powinna być sprawa? Badania mają numer

Tutaj większość specyfikacji to domysły, dlatego warto przytoczyć rzeczywiste badania.

Ryc. 2. Wytrzymałość na zginanie korzenia spada, gdy głębokość osnowy przekracza 0,25 x moduł (dane badawcze FZG / TU Munchen).

W badaniu przeprowadzonym przez FZG w TU München (FVA 660 II, opublikowanym przez AGMA 22FTM14) przetestowano koła zębate 42CrMo4 przy normalnych modułach 14 mm i 20 mm ze szczeliną-przez-hartowanie indukcyjne szczeliny, mierząc wytrzymałość na zginanie korzenia zęba w funkcji głębokości hartowania powierzchniowego (SHD400, głębokość do wartości granicznej 400 HV1).

Wyniki, cytowane bezpośrednio:

„wydaje się, że optymalny SHD400 mieści się w zakresie od 0,15 do 0,25 × m_n”.

„Wytrzymałość na zginanie korzenia zęba dla wariantu o SHD wynoszącym 0,35 × m_n osiąga zaledwie 80% wytrzymałości na zginanie korzeni zęba dla wariantów o niższym SHD.”

Głębiej jest gorzej. Obudowa o module 0,35 × traci jedną piątą swojej wytrzymałości na zginanie korzenia w porównaniu z modułem 0,15–0,25 ×.

Mechanizmem jest naprężenie szczątkowe. Płytka, utwardzana obudowa pozostawia powierzchnię poddana ściskaniu, co zapobiega inicjacji pęknięć. Wciśnij obudowę zbyt głęboko, a warstwa ściskająca osłabi się, a strefa przejściowa przesunie się w obszar dużych naprężeń zginających.

Praktycznie dla stojaka modułu 4 zakres ten wynosi od 0,6 do 1,0 mm. Dla modułu 8 od 1,2 do 2,0 mm. Warunki zalecane w badaniu dla kół zębatych o wielkości m_n=14 do 20 mm: SHD400 przy 0,15–0,25 × m_n, w przybliżeniu równe na lewym i prawym boku, twardość powierzchni 650–750 HV, brak pęknięć hartowniczych.

Jeśli masz zastosowanie-krytyczne pod względem zmęczeniowym, warto zapoznać się z pokrewną liczbą z tego samego badania: wariant śrutowany-śrutowany osiągnął nominalną wartość naprężenia zginającego wynoszącą prawie 600 N/mm², czyli około 30 procent wyższą niż wersja nieobrobiona strumieniowo, i wyższa niż w przypadku porównania-utwardzanego przez nawęglanie. Śrutowanie wywołuje ściskające naprężenie szczątkowe i działa.

W porównaniu z tym norma ISO 6336-5 ocenia-koła zębate utwardzane powierzchniowo o około 20 procent poniżej-koła zębate utwardzane powierzchniowo przy maksymalnym dopuszczalnym naprężeniu. Nawęglanie wciąż wygrywa pod względem surowych możliwości – hartowanie indukcyjne połączone ze śrutowaniem po prostu wypełnia lukę przy niższych kosztach.

Azotowanie - twarde, cienkie i ledwo zniekształcone

Azotowanie powoduje zazwyczaj dyfuzję azotu do powierzchni w niskiej temperaturze520 stopni (Bodycote). Bez hartowania, bez transformacji fazowej, minimalne zniekształcenia.

Warstwa składa się z dwóch stref: „białej” warstwy złożonej zapewniającej „wysoką odporność na zużycie, zacieranie, zacieranie i zatarcie” oraz znajdującej się poniżej warstwy dyfuzyjnej, zapewniającej „lepszą wytrzymałość zmęczeniową” i podtrzymującej warstwę mieszaną.

O tym, czy azotowanie jest dostępne, decydują dwa ograniczenia:

Tworzywo.Jest „najskuteczniejszy, gdy jest stosowany do szeregu stali zawierających pierwiastki tworzące azotki, takie jak chrom, molibden, wanad i aluminium”. Wszystkie materiały żelazne można azotować gazowo do 5% chromu; powyżej azotowanie plazmowe. Krytycznie, w przypadku zwykłej stali węglowej: „Ze względu na brak pierwiastków stopowych stal AISI 1045 nie reaguje na proces azotowania” (AZoM). Jeśli Twoja zębatka ma klasę C45, azotowanie nie wchodzi w grę.

Głębokość obudowy.Obudowy azotowane są cienkie. W przypadku 38CrMoAl, gatunku przeznaczonego do azotowania-, opublikowane wartości wynoszą 900–1100 HV (~65–70 HRC) w przypadku tylko0,3–0,6 mm.

Ta cienka obudowa stanowi ograniczenie. Pod wpływem silnego naprężenia kontaktowego Hertza cienka, twarda warstwa na bardziej miękkim podłożu może ulec zmiażdżeniu, - warstwa zapada się w znajdujący się pod nią rdzeń. Azotowanie jest odpowiednie dla stojaków, w których dominuje zużycie i zacieranie, a naprężenia kontaktowe są umiarkowane i gdzie odkształcenie musi być minimalne, ponieważ zębatka jest już wykończona-szlifowana.

Aby uzyskać optymalne rezultaty, przed azotowaniem materiał należy zahartować i odpuścić.

Wybieranie

Często zadawane pytania

Czy 60 HRC jest lepsze niż 50 HRC na stojaku?

Nie automatycznie. Wyższa twardość oznacza lepszą odporność na zużycie i gorszą wytrzymałość. Zębatka o wytrzymałości 60 HRC w-stosowaniu obciążonym wstrząsami wyszczerbi zęby w stopniu, w jakim wytrzymałaby zębatka o wytrzymałości 50 HRC. Dopasuj twardość do trybu awarii, przeciwko któremu projektujesz.

Czy mogę utwardzać indukcyjnie zębatkę C45 po obróbce otworów montażowych?

Można, ale zniekształcenie wpływa na położenie i płaskość otworu, a także na podziałkę zębów. Standardową praktyką jest unikanie wtórnych operacji na stojakach-utwardzanych indukcyjnie. Najpierw obrabiaj, potem utwardzaj.

Dlaczego moja hartowana zębatka ma gorszą konsystencję luzów niż miękka, którą zastąpiła?

Prawie na pewno zniekształcenie utwardzające, jeśli zęby nie zostały później szlifowane. Opublikowany błąd podziałki dla stojaków-hartowanych indukcyjnie, nie-szlifowanych wynosi około ±0,200 mm/m w porównaniu z ±0,150 mm/m dla stojaków miękkich - zębatka hartowana jest rzeczywiście mniej dokładna.

Jaką twardość powinien mieć zębnik w stosunku do zębatki?

Równe lub trudniejsze. Ponieważ zębnik wykonuje najwięcej cykli, jego twardość i klasa jakości powinny zawsze być równe lub wyższe od zębatki. Koło zębate wykonuje wiele obrotów na metr przesuwu zębatki, dzięki czemu cykle styku gromadzą się znacznie szybciej.

Czy głębsza obudowa zawsze oznacza dłuższą żywotność?

Nie, a dane FZG są jednoznaczne: przy 0,35 × moduł wytrzymałość na zginanie grani spada do 80% wartości przy 0,15–0,25 × moduł. Nadmierne-określenie głębokości przypadku kosztuje i zmniejsza siłę.

Tianjin OuNaiDa Transmissions Technology obsługuje we własnym zakresie sprzęt do hartowania i szlifowania zębów- oraz dostarcza zębatki ze stali S45C, 42CrMo4 i stali-do utwardzania dyfuzyjnego. Podaj nam obciążenie, charakterystykę wstrząsów i docelową dokładność, a my zalecimy leczenie, a nie tylko podając żądaną twardość.

Stelaże hartowane indukcyjnie, moduły od M5 do M8