أربع عمليات معالجة حرارية للتروس الحلزونية - مقارنة جنبًا إلى جنب
| عملية | صلابة السطح | صلابة اللب | عمق الحالة | σ_H lim (MPa) | تشويه | الطحن بعد المعالجة الحرارية | التكلفة النسبية |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| QT (التبريد والتلطيف) | HB 220–350 | نفس المقطع العرضي | لا توجد قضية - من خلال تحصينات صلبة | 490–680 | الحد الأدنى | اختياري (التشكيل على شكل حرف U مناسب) | 1.0× |
| التصليد بالحث | HRC 50–58 | HRC 28–38 (QT core) | 0.5–5 مم (يتم التحكم في التردد) | 820–1050 | إجهاد حراري معتدل - موضعي | مطلوب لفئة DIN 5-6 | 1.4–1.8× |
| الكربنة الغازية + Q + T | HRC 58–62 | HRC 30–38 | 0.5–3.0 مم (يتم التحكم فيه بالوقت) | 1500–1800 | عالي - دورة الفرن الكاملة | إلزامي لفئة DIN 5-7 | 2.0–2.8× |
| النترجة الغازية | HV 700–1050 (HRC 62+) | HRC 28–38 (QT pre-HT) | 0.1–0.6 مم (ضحلة) | 1100–1450 | منخفض جداً (520 درجة مئوية كحد أقصى) | عادة غير مطلوب | 2.2–2.8× |
العملية 1: التبريد والتطبيع (QT) - خط الأساس لجوانب الأسنان اللينة
تُعدّ عملية التبريد والتطبيع (QT) أبسط أنواع المعالجة الحرارية لـ تروس حلزونية درجات الفولاذ: تُخضع القطعة المطروقة أو القضيب الخام لعملية الأوستنة عند درجة حرارة 820-880 درجة مئوية، ثم تُقسّى في الزيت أو الماء، ثم تُخفّف صلابتها عند درجة حرارة 550-680 درجة مئوية للوصول إلى الصلابة المطلوبة. والنتيجة هي مقطع عرضي متجانس الصلابة ومتين بدون طبقة سطحية. وتُحدّد درجة حرارة التخفيف صلابة السطح - حيث تُعادل صلابة HB 220 تخفيفًا عند درجة حرارة 630 درجة مئوية تقريبًا، وصلابة HB 320 تخفيفًا عند درجة حرارة 560 درجة مئوية تقريبًا.
كيو تي تروس حلزونية تُقطع أسنان التروس بعد دورة التصليد السريع (QT)، حيث تُشكل أو تُجهز في حالتها النهائية بعد التصليد (صلابة تتراوح بين 220 و350 برينل متوفرة بسهولة في الأسواق الآسيوية). لا تُطبق أي معالجة حرارية بعد قطع الأسنان، لذا لا حاجة لاستعادة التشوه، ويمكن تحقيق دقة من الفئة 7-9 وفقًا لمعايير DIN عن طريق التشكيل المباشر. يُعد التصليد السريع (QT) هو المواصفة الصحيحة عندما: يكون حمل التطبيق ضمن نطاق σ_H lim من 490 إلى 680 ميجا باسكال؛ ولا يُخطط للطحن؛ ويكون الترس في محرك صناعي عام غير حرج بسرعة خطية أقل من 15 م/ث.
العملية الثانية: الكربنة الغازية - المعيار الأمثل للتروس الحلزونية الممتازة
مُكربن تروس حلزونية — سطح HRC 58–62، بعمق طبقة فعال يتراوح عادةً بين 0.8 و2.0 مم (حتى HV 550)، يعطي حد σ_H يتراوح بين 1500 و1800 ميجا باسكال، وهو يمثل غالبية تطبيقات السيارات الدقيقة، والمركبات الكهربائية، وأنظمة التحكم الرقمي الحاسوبي، والتطبيقات البحرية، والصناعات الثقيلة. تروس حلزونية الإنتاج في جميع أنحاء العالم
دورة الكربنة - معايير العملية
تُغني عملية الكربنة الغازية سطح السن لـ تروس حلزونية يتم تصنيع الفولاذ السبائكي منخفض الكربون (عادةً 20CrMnTi أو 17CrNiMo6) مع الكربون عن طريق تعريضه لجو من الغاز الماص للحرارة + غاز الإثراء (البروبان أو الغاز الطبيعي) عند درجة حرارة 880-940 درجة مئوية. ينتشر الكربون إلى الداخل من السطح، مما يؤدي إلى تكوين تدرج في تركيز الكربون، والذي ينتج عنه، بعد التبريد والتطبيع، سطح مارتنسيتي صلب فوق لب صلب منخفض الكربون:
درجة حرارة الأوستنة
880-940 درجة مئوية. تزيد درجات الحرارة المرتفعة من معدل انتشار الكربون، ولكنها تزيد من خطر نمو الحبيبات في بعض أنواع الفولاذ. يتحمل فولاذ 17CrNiMo6 درجة حرارة 940 درجة مئوية دون نمو الحبيبات؛ بينما يقتصر فولاذ 20CrMnTi على درجة حرارة قصوى تبلغ 920 درجة مئوية.
التحكم في إمكانات الكربون
يبلغ جهد الكربون الجوي C_P 0.75–0.85% أثناء عملية الكربنة؛ وينخفض إلى 0.65–0.70% خلال مرحلة الانتشار لتسطيح سطح الطبقة الخارجية. تتم مراقبته بواسطة مسبار ثاني أكسيد الكربون أو الأكسجين في الفرن.
التحكم في عمق الحالة
عمق الطبقة الفعال (حتى HV 550) ≈ 0.18 × √الزمن عند درجة الحرارة [ساعات]. الهدف 0.8 مم: دورة كاملة تقارب 20 ساعة. الهدف 1.5 مم: 70 ساعة تقريبًا. الوقت هو تكلفة العملية.
قم بتبريده وتلطيفه
التبريد السريع بالزيت من 820-840 درجة مئوية إلى درجة حرارة الغرفة. ثم المعالجة الحرارية عند 150-200 درجة مئوية لمدة ساعتين - مما يقلل الإجهاد المتبقي والهشاشة مع الحفاظ على صلابة تتراوح بين 58-62 على مقياس روكويل C. درجات حرارة المعالجة الحرارية المرتفعة تقلل من صلابة السطح عن المواصفات المطلوبة.
العملية 3: التصليد بالحث - التصليد السطحي الانتقائي للتروس الكبيرة
تستخدم عملية التصليد بالحث الكهرومغناطيسي لتسخين تروس حلزونية يتم تسخين سطح السن بسرعة (عادةً خلال 1-10 ثوانٍ لكل سن أو لكل مسح) إلى درجة حرارة الأوستنة، ثم يتم تبريده فورًا. يتم تسخين وتصليد السطح الواقع ضمن عمق الاختراق الكهرومغناطيسي فقط، بينما يبقى اللب عند صلابته قبل الحث (عادةً 280-320 برينل للفولاذ 42CrMo). والنتيجة: سطح صلب، ولب متين، مع وجود حد فاصل بين الغلاف واللب على عمق محدد بواسطة تردد المحث.
| تردد المحث | عمق الاختراق | وحدة تروس مناسبة | نمط التصلب |
|---|---|---|---|
| 450 كيلو هرتز (HF) | 0.3–0.8 مم | M2–M5 | سطحي فقط؛ يتبع شكل السن |
| 10-30 كيلوهرتز (متوسط التردد) | 1.0–2.5 مم | M5–M16 | حالة جزئية تتبع محيط السن؛ سن كامل للوحدات الأصغر |
| 1-3 كيلوهرتز (تردد منخفض) | 3-6 مم | M16–M40+ | تقوية شاملة للوحدات الكبيرة؛ حدود الغلاف واللب أسفل الجذر |
يُعد التصليد بالحث مناسبًا بشكل خاص للوحدات الكبيرة تروس حلزونية تُستخدم سبائك (M16–M50) في تطبيقات التعدين، ومصانع الإسمنت، ومصانع الدرفلة، حيث تتطلب عملية الكربنة الغازية دورات فرن طويلة للغاية (70–200 ساعة لعمق طبقة يتراوح بين 2 و5 مم) وتُسبب تشوهًا كبيرًا في القطع المعدنية الكبيرة. تُسخّن عملية التصليد بالحث وتُبرّد موضعيًا، مما يُقلل من التشوه الكلي مقارنةً بدورة الفرن الكاملة، مع العلم أن التدرج الحراري المعقد لا يزال يتطلب عملية طحن لاحقة للتصليد وفقًا لمعايير DIN من الفئة 5 إلى 7.
العملية الرابعة: النترجة الغازية - استقرار الأبعاد لتروس أدوات الآلات
تعمل عملية النترجة الغازية على نشر النيتروجين في سطح ما قبل المعالجة الحرارية. تروس حلزونية يُصنع الفولاذ (عادةً 38CrMoAl، ولكن يُستخدم أيضًا 42CrMo و40Cr للتروس الصناعية) عند درجة حرارة 490-530 درجة مئوية، وهي أقل بكثير من درجة حرارة التحول. يتحد النيتروجين مع عناصر السبائك (الكروم، والموليبدينوم، والألومنيوم) لتكوين رواسب نتريد شديدة الصلابة، مما ينتج عنه صلابة سطحية تتراوح بين 700 و1050 HV دون أي تحول طوري. غياب التحول يعني:
- تشويه طفيف: يتراوح التغير في الأبعاد أثناء عملية النتردة عادةً بين 0.010 و0.030 مم، مقارنةً بـ 0.05 إلى 0.25 مم في عملية الكربنة. تروس حلزونية عادة ما تبقى القطع التي يتم تشكيلها بدقة إلى فئة DIN 6 قبل عملية النتردة، من فئة DIN 6-7 بعد عملية النتردة، دون أي طحن إضافي.
- لا إخماد: تبرد التروس ببطء في جو الفرن، مما يزيل التشوه الناتج عن التبريد السريع تمامًا.
- تكوين الطبقة البيضاء: تُشكّل الطبقة الخارجية، التي يتراوح سمكها بين 5 و20 ميكرومتر، طبقةً مركبة (الطبقة البيضاء، ε-Fe₂₋₃N + γ'-Fe₄N) صلبةً ولكنها هشة. في تطبيقات أسنان التروس، يجب التحكم في سمك هذه الطبقة بحيث لا يتجاوز 15 ميكرومتر لتجنب تقشر السطح الهش. تُزال الطبقة البيضاء عادةً بالصقل أو بتحديد معايير نترجة مضبوطة تُقلّل من سمكها.
كيفية تحديد المعالجة الحرارية على رسم ترس حلزوني
| عملية | مثال على توضيح الرسم | طريقة التحقق |
|---|---|---|
| كيو تي | 42CrMo4 وفقًا للمعيار DIN EN 10083 — Q + T — HB 280–320 | اختبار برينل على وجه الترس (3 نقاط)؛ عينة اختبار الشد من نفس الدفعة |
| تعريفي | 42CrMo4 QT HB 280 pre-HT — مُقسّى بالحث — صلابة روكويل C 50-55؛ الحد الأدنى لعمق الطبقة الفعال 1.0 مم عند صلابة روكويل C 45 | اختبار روكويل على جانب السن؛ مقطع مجهري معدني يؤكد عمق حدود اللب والغطاء |
| الكربنة | 20CrMnTi - معالجة بالكربنة الغازية، تبريد بالزيت، تلطيف عند 180 درجة مئوية - صلابة سطح السن 58-62 HRC؛ عمق التصليد الفعال 0.8-1.2 مم (حتى HV 550)؛ صلابة اللب ≥ 30 HRC | اختبار روكويل على سطح جانب السن؛ قياس الصلابة (فيكرز ٥ كجم) من السطح إلى اللب؛ مقطع معدني |
| النترجة الغازية | 38CrMoAl QT HRC 32–36 pre-HT — معالجة مسبقة بالنتردة الغازية عند 520 درجة مئوية لمدة 50 ساعة — صلابة السطح الدنيا 750 (±25 ميكرومتر عمق الاختبار)؛ طبقة المركب بحد أقصى 15 ميكرومتر | صلابة فيكرز الدقيقة عند 25-50 ميكرومتر؛ سمك الطبقة البيضاء بواسطة مقطع ميتالوغرافي محفور بالنيتال |
كوريا إيفر باور - جميع العمليات الأربع تتم داخلياً
جانب السن الصلب تروس حلزونية — مُكربنة، مُبردة بالزيت، مُقسّاة، ثم مطحونة بتقنية هوفلر وفقًا لفئة DIN 5: مزيج من عمليتين يوفر قوة إجهاد تلامس تتراوح بين 1500 و1800 ميجا باسكال إلى جانب خشونة سطحية ≤0.4 ميكرومتر لسطح السن وعمق طبقة مؤكد عن طريق اختبار الصلابة.
تقوم شركة كوريا إيفر-باور بإجراء عمليات المعالجة الحرارية، والتصليد بالحث، والكربنة الغازية، والنتردة الغازية داخلياً، مع توفير سجلات الأفران، ودراسات الصلابة، وتقارير المقاطع المعدنية كوثائق فحص قياسية مع كل طلب. تروس القطع الحلزونية في الطلبات التي تتطلب شهادة هيئة تصنيف للمعالجة الحرارية (DNV، LR، ABS، KR)، تقوم شركة Korea Ever-Power بترتيب حضور المساحين وتوفير سجل المعالجة الحرارية المختوم من هيئة التصنيف المطلوبة. مصنع التروس الحلزونية بفضل وجود جميع العمليات تحت سقف واحد، فإن إمكانية تتبع المعالجة الحرارية لا تنقطع من القطعة الخام المطروقة إلى المعدات النهائية - مما يؤدي إلى القضاء على فجوات التوثيق التي تنشأ عند التعاقد من الباطن على المعالجة الحرارية.
الأسئلة الشائعة
عند نفس الصلابة السطحية الاسمية (مثل HRC 58)، يتم معالجة الغاز بالكربنة تروس حلزونية تتمتع التروس المعالجة بالكربنة بمقاومة أعلى للإجهاد الناتج عن التلامس مقارنةً بالتروس المُقسّاة بالحث، وذلك لثلاثة عوامل رئيسية. أولًا، تتميز الطبقة الخارجية المُكربنة بتدرج تدريجي للكربون يُولّد إجهادات ضغط متبقية في المنطقة تحت السطحية، مما يُقاوم انتشار شقوق التنقر بشكل مباشر. ثانيًا، تتميز سبائك 20CrMnTi أو 17CrNiMo6 المستخدمة في الكربنة ببنية حبيبية أدق بعد دورة الكربنة، مما يُعطي مقاومة أعلى للإجهاد لكل وحدة صلابة. ثالثًا، يكون عمق الطبقة الخارجية المُكربنة (0.8-2.5 مم) أكبر من عمق الطبقة الخارجية المُقسّاة بالحث عند الترددات العالية، مما يُبقي ذروة إجهاد هيرتز داخل الطبقة الخارجية، وهو أمر ضروري لتطبيقات إجهاد التلامس العالي.
فقط إذا كان الفولاذ الأساسي من نوع قابل للكربنة (منخفض الكربون، مثل 20CrMnTi). تروس حلزونية لا يمكن معالجة سبائك 42CrMo المقطوعة مسبقًا (ذات محتوى كربون متوسط، 0.38-0.45% C) بالكربنة، لأن محتوى الكربون الأساسي فيها أعلى من محتوى الكربون المستهدف، وبالتالي فإن التحكم في جهد الكربون داخل الفرن سيؤدي في الواقع إلى إزالة الكربون من السطح بدلًا من زيادته. العملية الصحيحة لمعالجة 42CrMo هي التصليد بالحث أو النتردة، وليس الكربنة. محاولة كربنة سبيكة 42CrMo غير مجدية. تروس حلزونية ينتج عن ذلك سوء تكوين الحالة وهو خطأ شائع في المواصفات يتم اكتشافه في مرحلة مراجعة الرسومات في شركة Korea Ever-Power.
حرق الطحن في تروس حلزونية يحدث هذا عندما تتجاوز الحرارة المتولدة أثناء الطحن معدل تبديد الحرارة الموضعي، مما يؤدي إلى تسخين سطح جانب السن لفترة وجيزة فوق درجة حرارة التصليد، وتكوين منطقة رقيقة مُصلّدة مرة أخرى ذات صلابة منخفضة - تظهر كلون أصفر إلى أزرق تحت الإضاءة المناسبة، أو كبصمة ضوضاء باركهاوزن غير طبيعية. في الحالات القصوى، يُعاد تصليد السطح (طبقة بيضاء من المارتنسيت غير المُصلّد تظهر في المقطع المعدني المحفور بالنيتال). يُقلل حرق الطحن من عمر إجهاد التلامس بمقدار 30-70%، وهو الخطر الرئيسي للجودة في الطحن بعد الكربنة. الكشف: حفر عينة من كل دفعة بالنيتال (ممارسة قياسية في شركة إيفر-باور الكورية)، أو مسح ضوضاء باركهاوزن 100% لقطع السيارات الدقيقة تروس حلزونية.
عمق القضية الفعال (ECD) لـ تروس حلزونية هو العمق الذي تنخفض عنده الصلابة إلى 550 HV (52 HRC) - وهو الحد الذي تصبح عنده الصلابة غير كافية لمقاومة بدء تشقق التنقر. أما عمق التصليد الكلي (TCD) فهو العمق الذي تتساوى عنده الصلابة مع صلابة اللب + 50 HV - وهو الحد الخارجي لإثراء الكربون. ويكون عمق التصليد الخارجي (ECD) دائمًا أقل من عمق التصليد الكلي (TCD) بمقدار 20-50%، وذلك اعتمادًا على السبيكة وظروف التبريد. تروس حلزونية المواصفات: يجب دائمًا تحديد قيمة ECD (حتى HV 550 أو حسب المطلوب لإجهاد التلامس)، لأن قيمة ECD تحدد بشكل مباشر عمق مقاومة الإجهاد في تروس حلزونية عمق منطقة مقاومة الإجهاد. إذا تم تحديد عمق الغلاف فقط، فقد يبدو أن للترس عمق غلاف كافٍ في المختبر، ولكنه قد لا يكون لديه عمق كافٍ لمقاومة الإجهاد أثناء الخدمة.
تأكد من المعالجة الحرارية لتطبيق التروس الحلزونية الخاصة بك
يؤكد فريق الهندسة في شركة إيفر-باور الكورية عملية المعالجة الحرارية المناسبة، والصلابة المستهدفة، وعمق الطبقة السطحية، ومواصفات الرسم لتطبيقك، وذلك بناءً على الحمل المنقول، ونوع المادة، وحجم التروس، ومتطلبات الطحن بعد المعالجة. تتم جميع العمليات الأربع داخل الشركة مع توثيق كامل.
المعالجة الحرارية · الحث الحراري · الكربنة الغازية · النتردة الغازية · مسح الصلابة · فحص عمق السطح · شاهد من هيئة التصنيف متاح
المحرر: Cxm
