ثلاثة مقاييس للصلابة ومتى يُستخدم كل منها في التروس الحلزونية
تُستخدم ثلاثة مقاييس للصلابة في تروس حلزونية تختلف طرق الفحص، حيث يناسب كل منها نطاق صلابة مختلف وسياق قياس محدد. استخدام المقياس الخاطئ - كمحاولة قياس سطح مُكربن بصلابة 60 HRC باستخدام جهاز اختبار برينل، على سبيل المثال - ينتج عنه نتائج غير موثوقة وقد يتسبب في تلف جهاز الاختبار.
المدى: 80-650 HB (موثوق حتى 450 HB للتروس). تم اختباره باستخدام كرة من كربيد التنجستن بقطر 10 مم تحت حمل 3000 كجم. يعمل رأس الاختبار الكبير (قطر البصمة من 2 إلى 6 مم) على توزيع متوسط على مساحة واسعة، مما يجعل HB مناسبًا لاختبارات QT ذات الجوانب الناعمة. تروس حلزونية (HB 220–350). لا يمكن استخدام HB على الأسطح المكربنة - رأس المقياس كبير جدًا ويخترق الطبقة الرقيقة إلى اللب الأكثر ليونة، مما يعطي قراءة مختلطة تقلل من تقدير صلابة السطح الحقيقية.
المدى: 20-70 HRC (موثوق به لأسطح التروس HRC 30-65). تم الاختبار باستخدام مخروط بريل ماسي تحت حمل 150 كجم. يقيس رأس الاختبار الأصغر (قطر الانطباع حوالي 0.2 مم) صلابة السطح بدقة على الأسطح المكربنة (HRC 58-62) والمصلدة بالحث (HRC 50-55). تروس حلزونيةيبلغ الحد الأدنى لعمق الغلاف للحصول على قراءة HRC صالحة حوالي 0.5 مم - أقل من ذلك، يبالغ الاختبار في تقدير صلابة الغلاف لأن أداة الضغط تستشعر اللب الأكثر ليونة أسفل الغلاف الرقيق.
المدى: أي قيمة - من 50 إلى 3000 HV. تم الاختبار باستخدام ماسة هرمية تحت أحمال تتراوح من 0.01 إلى 30 كجم. يسمح رأس قياس الصلابة الدقيق (ببصمة من 0.01 إلى 0.1 مم) بالقياس على أعماق متقاربة من السطح - كل 0.1 مم عبر الغلاف - مما يوفر مخطط الصلابة-العمق الكامل اللازم لتحديد عمق الغلاف الفعال. هذا هو المقياس الوحيد القادر على قياس عمق الغلاف في تروس حلزونية.
أين يتم اختبار صلابة سن الترس الحلزوني
تفاصيل سنّ الترس الحلزوني - المواقع الثلاثة الصحيحة لاختبار الصلابة: (1) جانب السنّ عند دائرة الخطوة لاختبار صلابة السطح HRC؛ (2) وجه نهاية السنّ للتحقق من صلابة برينل (الجانب الناعم)؛ (3) المقطع العرضي المعدني عند منتصف وجه السنّ لاختبار صلابة فيكرز الدقيقة لعمق الطبقة السطحية. يخدم كل موقع غرضًا مختلفًا في الفحص.
موقع اختبار صلابة السطح - على جانب السن عند دائرة الخطوة
الموقع الصحيح لاختبار صلابة السطح HRC على سطح مكربن أو مقوى بالحث تروس حلزونية يُجرى الاختبار على سطح جانب السن، عند دائرة الخطوة (منتصف ارتفاع شكل السن الفعال). لا تختبر على طرف السن (القطر الخارجي للترس) أو جذر السن، فهذه المناطق لها خصائص كربونية مختلفة عن الجانب الفعال، وقد تعطي قراءات صلابة مضللة. بالنسبة لسطح جانب السن الصلب تروس حلزونية مع M5، تكون دائرة الملعب أعلى دائرة الجذر بحوالي 3.5 مم، ويمكن الوصول إليها بسهولة بواسطة جهاز اختبار HRC المحمول.
تختبر شركة إيفر-باور الكورية صلابة HRC على ثلاثة أسنان على الأقل لكل ترس، عند دائرة الخطوة على سطح جانب السن، وتُبلغ عن القيم الدنيا والقصوى إلى جانب المتوسط. يجب أن يلتزم كل قياس فردي بالنطاق المحدد (مثلاً HRC 58-62)، وليس المتوسط فقط.
موقع اختبار برينل - وجه نهاية الترس أو وجه محور العجلة المثقوبة
لـ QT soft-flank تروس حلزونية (HB 220–320)، يتم اختبار صلابة برينل على سطح نهاية الترس أو سطح محور الترس المثقوب، وليس على جانب السن (لأن السن ضيق جدًا بحيث لا يسمح بترك أثر كروي موثوق به بقطر 10 مم على سطح الجانب المنحني). يُسوّى سطح النهاية بدقة Ra ≤ 1.6 ميكرومتر قبل الاختبار لضمان وجود مساحة مسطحة مناسبة للمجس. تُعتبر صلابة برينل لسطح النهاية مؤشرًا على صلابة المقطع العرضي للجانب الناعم. تروس حلزونية جسم.
قياس عمق التصليد السطحي باستخدام تقنية قياس الصلابة الدقيقة من نوع فيكرز
يُعد التحقق من عمق الطبقة الخارجية أهم عنصر وأكثرها إثارة للتساؤلات في عملية الكربنة تروس حلزونية شهادة فحص. تم تحديد قياسين لعمق الغلاف في المواصفة القياسية ISO 6336-5 والمواصفة القياسية DIN 50190:
| شرط | تعريف | طريقة الاختبار | لماذا يهم ذلك |
|---|---|---|---|
| عمق الحالة الفعال (ECD، CHD) | العمق من السطح إلى النقطة التي تنخفض عندها الصلابة إلى HV 550 (≈ HRC 52) | قياس الصلابة الدقيقة باستخدام مقياس فيكرز على فترات 0.1 مم من السطح إلى الداخل؛ تحديد العمق عند نقطة عبور HV 550 | يرتبط ذلك ارتباطًا مباشرًا بمقاومة التنقر - عمق الطبقة المقاومة للإجهاد. يجب أن يساوي أو يتجاوز الحد الأدنى المحدد في الرسم. |
| العمق الكلي للعلبة (TCD، CD) | العمق من السطح إلى النقطة التي تتساوى فيها الصلابة مع صلابة اللب + 50 HV | استمر نفس مسار اختبار فيكرز حتى استقرت الصلابة عند مستوى اللب؛ العمق عند قراءة (اللب + 50 HV) | يشير هذا إلى إجمالي عمق المنطقة الغنية بالكربون. يكون عمق المنطقة الغنية بالكربون دائمًا أكبر من عمق المنطقة الغنية بالكربون بمقدار يتراوح بين 25 و60%، وذلك حسب نوع السبيكة وطريقة التبريد. يجب أن يحدد الرسم القياس المطلوب. |
كيفية قراءة تحليل عمق القضية
اختبار صلابة فيكرز الدقيقة لسطح مكربن تروس حلزونية يُظهر المحور الرأسي (Y) الصلابة، بينما يُظهر المحور الأفقي (X) العمق من السطح. يتميز الشكل بصلابة سطحية عالية (700-850 HV، ما يعادل 60-65 HRC) عند السطح؛ ثم انخفاض تدريجي في العمق؛ ومنطقة انتقالية تنخفض فيها الصلابة من 550 HV إلى صلابة اللب على عمق 0.2-0.5 مم؛ وصلابة لب مسطحة (350-450 HV، 35-45 HRC). يُقاس عمق التغليف الفعال (ECD) عند نقطة تقاطع منحنى الصلابة مع HV 550 على محور الصلابة. وللحصول على مواصفات "ECD بحد أدنى 0.8 مم"، يجب أن يتقاطع منحنى العمق مع HV 550 على عمق 0.8 مم أو أكثر من السطح.
اختبار الصلابة الميداني المحمول - طرق ليب وجامعة كاليفورنيا في إرفاين
تتطلب أجهزة اختبار HRC وBrinell في ورش العمل إحضار المعدات إلى الجهاز. بالنسبة للأجهزة الكبيرة تروس حلزونية (قطر خارجي > 400 مم، كتلة > 500 كجم) التي لا يمكن نقلها إلى المختبر، تسمح أجهزة اختبار الصلابة المحمولة بالتحقق في الموقع في موقع التركيب أو في أرضية ورشة الآلات:
| طريقة | مبدأ العمل | الدقة مقابل المختبر | الأفضل لـ |
|---|---|---|---|
| ارتداد ليب (HL) | تُقذف كرة من كربيد التنجستن بواسطة نابض باتجاه السطح؛ ويتم قياس نسبة الارتداد إلى سرعة الاصطدام إلكترونيًا وتحويلها إلى مقياس روكويل C (HRC) أو مقياس برينل (HB) عبر جدول تجريبي. | ±3–5 HRC مقابل المختبر؛ موثوق به للتروس المعالجة بالتبريد السريع؛ أقل موثوقية على العلب الرقيقة المكربنة (<1 مم) | جناح ناعم كبير تروس حلزونية في الميدان؛ التحقق الشامل من تطبيق المعالجة الحرارية على الإطلاق |
| UCI (مقاومة التلامس فوق الصوتية) | يهتز قضيب فيكرز ذو رأس ماسي بالموجات فوق الصوتية؛ ويؤدي التلامس مع سطح الاختبار إلى تغيير تردد الرنين بما يتناسب مع صلابة السطح | ±2–3 HRC؛ أكثر دقة من ليب للأسطح المكربنة التي يزيد عمقها عن 0.3 مم | جانب السن الصلب تروس حلزونية أثناء التركيب؛ الأسطح المنحنية حيث لا يمكن وضع أجهزة اختبار برينل أو روكويل |
يجب معايرة أجهزة اختبار الصلابة المحمولة دائمًا باستخدام كتلة اختبار مرجعية معتمدة (أقواس HRC 60 ± 0.5 و HRC 40 ± 0.5) قبل كل جلسة قياس. تروس حلزونية بالنسبة لأسطح جوانب الأسنان، يجب توجيه جهاز الاختبار بشكل عمودي على سطح الجانب المنحني - يوصى باستخدام أداة تثبيت للمسبار لضمان زاوية مسبار ثابتة.
ما الذي يجب التحقق منه في شهادة صلابة التروس الحلزونية
جانب السن الصلب تروس حلزونية — تتضمن شهادة فحص الصلابة المرفقة بهذا الترس بيانات صلابة روكويل C (HRC) لأكثر من 3 أسنان (القيم الدنيا والقصوى بالإضافة إلى المتوسط)، ومنحنى فيكرز، وبيانًا واضحًا لصلابة ECD حتى 550 HV مع العمق بالملليمتر. يجب الاستفسار عن أي شهادة تفتقر إلى قياسات كل سن على حدة أو تعريف عمق التصليد قبل قبول الشحنة.
شهادة صلابة كاملة لسطح مكربن ومطحون تروس حلزونية يجب أن يحتوي على:
- صلابة السطح: يجب أن تتضمن كل قراءة قيم صلابة روكويل (HRC) لثلاثة أسنان على الأقل (وليس المتوسط فقط)، مع ذكر الرقم التسلسلي للترس وموقع الاختبار بوضوح. يجب أن تتوافق كل قراءة مع نطاق المواصفات (مثلاً: 58-62 HRC).
- صلابة النواة: قيمة صلابة روكويل C عند مركز المقطع العرضي للسن (عادةً ما تتراوح بين 30 و40 HRC للدرجات المكربنة). تم التأكد من ذلك عن طريق اختبار عينة اختبار من نفس الدفعة التي خضعت لنفس دورة الفرن.
- عمق الحالة: قيمة ECD بالمليمتر عند صلابة HV 550، مع إرفاق جدول أو رسم بياني لتغيرات الصلابة. يجب ذكر تعريف "ECD إلى HV 550 وفقًا للمعيار DIN 50190 الجزء 1" بشكل صريح.
- تحديد دفعة الفرن: رقم حمولة الفرن، ورقم مرجع مخطط درجة الحرارة، والتاريخ - مما يتيح تتبع ظروف المعالجة الحرارية المحددة في حالة ظهور مشكلة تتعلق بالجودة بعد التركيب.
شركة كوريا إيفر-باور - توثيق الصلابة لكل طلبية تروس مكربنة
توفر شركة إيفر-باور الكورية وثائق مسح الصلابة كمكون أساسي في حزمة الفحص لكل قطعة معالجة بالكربنة أو التصليد بالحث تروس القطع الحلزونية الطلب. تتضمن الوثائق القياسية ما يلي: قراءات صلابة روكويل C (HRC) لثلاثة أسنان على الأقل (قيم فردية، وليست متوسطة)؛ صلابة اللب من عينة اختبار من نفس الدفعة؛ جدول قياس صلابة فيكرز مع قياس الصلابة عند كل فاصل عمق 0.1 مم؛ عمق التصليد الفعال (ECD) مذكور صراحةً عند 550 HV وفقًا للمعيار DIN 50190؛ ومرجع مخطط الفرن لضمان التتبع الكامل. كطلب مباشر مصنع التروس الحلزونية بفضل المعالجة الحرارية الداخلية، تغطي وثائق صلابة شركة Korea Ever-Power العملية برمتها من الخامة الخام إلى الترس النهائي دون أي ثغرات. تصفح مجموعة منتجات التروس الحلزونية لجميع خيارات المواد والمعالجة الحرارية.
الأسئلة الشائعة
نعم، باستخدام جهاز اختبار UCI أو Leeb المحمول، يمكن قياس الصلابة على جانب السن المثبت تروس حلزونية دون إزالة الترس، شريطة أن يكون الوصول إليه سهلاً وأن يكون ثابتًا. يجب أن يكون سطح جانب السن نظيفًا (بعد إزالة الزيت بالمذيب) وأن يكون المسبار موجهًا بشكل عمودي على الجانب. بالنسبة للتروس الموجودة في علب التروس المغلقة، يجب فتح غطاء الفحص. يُعد اختبار الصلابة المحمول في موقع التركيب ذا قيمة خاصة للتحقق من أن الترس البديل المُركّب تروس حلزونية يجب أن تتمتع بالصلابة الصحيحة قبل إعادة تشغيل الآلة، دون انتظار نتائج الاختبارات المعملية.
يشير اختلاف صلابة روكويل C (HRC) بأكثر من ±2 HRC بين أسنان الترس نفسه إلى عدم انتظام التبريد (حيث تبرد بعض الأسنان ببطء أكبر بسبب موقعها في حمولة الفرن) أو عدم انتظام الكربون المتراكم على السطح الخارجي نتيجة لتدفق الغاز غير المنتظم في الفرن. ويُلاحظ اختلاف في الصلابة بأكثر من ±4 HRC عبر الترس. تروس حلزونية يُعدّ هذا عمومًا سببًا للرفض، إذ تصل الأسنان ذات الصلابة المنخفضة إلى حدّ إجهاد التلامس (σ_H lim) قبل الأسنان ذات الصلابة الأعلى، مما يُحدث تباينًا في وقت بدء التنقر، الأمر الذي يجعل عمر الخدمة غير قابل للتنبؤ. تُقدّم شركة Korea Ever-Power تقاريرًا عن الحد الأدنى والحد الأقصى ومتوسط صلابة روكويل (HRC) لكل جسم ترس، لتزويد العميل برؤية كاملة لتوزيع الصلابة.
تُقدّم المواصفة القياسية ISO 6336-5 إرشاداتٍ حول الحد الأدنى لعمق التصليد الفعال، وذلك كدالةٍ لمعامل الصلادة (Mn) ومستوى إجهاد التلامس المطلوب. قاعدةٌ مُبسّطة: ECD_min ≈ 0.15 × Mn للتروس المُكربنة عند جودة مادة MQ وإجهاد تلامس متوسط (σ_H ≤ 1200 ميجا باسكال). أما عند إجهاد تلامس أعلى (σ_H = 1300–1500 ميجا باسكال)، فإن ECD_min ≈ 0.2 × Mn. عند M5: ECD_min ≈ 0.75–1.0 مم عند مستوى جودة MQ. يؤدي عدم كفاية عمق التصليد إلى تكسّر الغلاف - وهو نمط فشلٍ حيث تقع ذروة إجهاد القص تحت السطحي (الناتج عن تلامس هيرتز) أسفل حدود الغلاف واللب بدلاً من داخل الغلاف الصلب، مما يُؤدي إلى بدء كسرٍ عميقٍ مُتقشّر. يُعطي تكسّر الغلاف إنذاراً أقل من التنقر السطحي، ولذلك يُعدّ نمط فشلٍ أكثر خطورة. تروس حلزونية تحت حمولة ثقيلة.
يختلف توزيع الكربون في طرف السن (دائرة الإضافة) عن توزيعه في السطح النشط لجانب السن. في عملية الكربنة الغازية، يتكربن طرف السن أسرع من الجانب لوجود ثلاثة أسطح مكشوفة (الطرف والجانبان المتقاربان عند الطرف)، بينما يحتوي الجانب على سطح مكشوف واحد فقط. لذلك، يكتسب الطرف محتوى كربون أعلى قليلاً، وربما صلابة سطحية أعلى، من الجانب النشط، مما يجعل قياسات القطر الخارجي متفائلة بعض الشيء وغير ممثلة لصلابة الجانب حيث يبدأ إجهاد التلامس فعليًا. تجري شركة إيفر-باور الكورية اختبارات على جانب السن عند دائرة الخطوة، وتعتبر هذه القيمة هي الصلابة السطحية التمثيلية لـ تروس حلزونية تقييم مقاومة التآكل.
يتم توفير فحص الصلابة وتوثيق عمق الطبقة الخارجية مع كل طلب.
تُقدّم شركة إيفر-باور الكورية قراءات صلابة روكويل (HRC) لأكثر من 3 أسنان، وصلابة القلب، وجدول قياس صلابة فيكرز، وعمق التصليد السطحي (ECD) عند 550 HV، كوثائق قياسية مع كل طلبية تروس حلزونية مُقسّاة بالكربنة أو بالحث. لا تُصدر شهادات بدون قياسات فردية. لا يوجد مصطلح "عمق التصليد الكلي" غامض عند تحديد عمق التصليد السطحي (ECD).
صلابة روكويل C على 3 أسنان أو أكثر · صلابة اللب · اختبار فيكرز · من ECD إلى HV 550 · DIN 50190 · إمكانية تتبع دفعة الفرن
المحرر: Cxm
