Četiri procesa termičke obrade za spiralne zupčanike - uporedna analiza
| Proces | Tvrdoća površine | Tvrdoća jezgra | Dubina slučaja | σ_H lim (MPa) | Distorzija | Brušenje nakon HT-a | Relativni trošak |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| QT (kaljenje i otpuštanje) | HB 220–350 | Isti prolazni presjek | Nema kućišta — kroz kaljeno | 490–680 | Minimalno | Opcionalno (adekvatno za zglobno obrezivanje) | 1,0× |
| Indukcijsko kaljenje | HRC 50–58 | HRC 28–38 (QT jezgro) | 0,5–5 mm (frekventno kontrolirano) | 820–1050 | Umjereno — lokalno termičko naprezanje | Potrebno za DIN klasu 5–6 | 1,4–1,8× |
| Plinska cementacija + Q + T | HRC 58–62 | HRC 30–38 | 0,5–3,0 mm (vremenski kontrolirano) | 1500–1800 | Visoka — puni ciklus peći | Obavezno za DIN klasu 5–7 | 2,0–2,8× |
| Gasno nitriranje | HV 700–1050 (HRC 62+) | HRC 28–38 (QT prije HT) | 0,1–0,6 mm (plitko) | 1100–1450 | Vrlo nisko (maksimalno 520°C) | Obično nije potrebno | 2,2–2,8× |
Proces 1: Kaljenje i otpuštanje (QT) — Osnovna linija za bok mekog zuba
QT (kaljenje i otpuštanje) je najjednostavnija termička obrada za spiralni zupčanik Vrste čelika: kovani ili šipkasti brus se austenitizira na 820–880°C, kali u ulju ili vodi, a zatim otpušta na 550–680°C do ciljane tvrdoće. Rezultat je ravnomjerno okaljeni, žilavi presjek bez površinskog sloja. Tvrdoća površine je ograničena temperaturom otpuštanja — HB 220 odgovara temperaturi od približno 630°C; HB 320 temperaturi od približno 560°C.
QT spiralni zupčanici se režu nakon QT ciklusa — zubi zupčanika se glodaju ili oblikuju u konačnom kaljenom stanju (HB 220–350 se lako može naći na azijskom tržištu). Ne primjenjuje se termička obrada nakon rezanja zuba, tako da nije potreban oporavak od deformacije, a preciznost DIN klase 7–9 direktnim glodanjem je dostižna. QT je ispravna specifikacija kada: je primijenjeno opterećenje unutar raspona σ_H lim od 490–680 MPa; brušenje nije planirano; i zupčanik se nalazi u nekritičnom općem industrijskom pogonu ispod 15 m/s brzine na liniji koraka.
Proces 2: Cementacija plinom — Standard za vrhunske spiralne zupčanike
Karburizirano spiralni zupčanik — površina tvrdoće HRC 58–62, obično efektivne dubine kućišta od 0,8–2,0 mm (do HV 550), daje σ_H lim od 1500–1800 MPa i čini većinu preciznih dijelova u automobilskoj, električnoj, CNC, brodskoj i teškoj industriji spiralni zupčanik proizvodnja širom svijeta
Ciklus cementacije — Parametri procesa
Plinska cementacija obogaćuje površinu zuba spiralni zupčanik niskougljičnog legiranog čelika (obično 20CrMnTi ili 17CrNiMo6) s ugljikom izlaganjem atmosferi endotermnog plina + plina za obogaćivanje (propan ili prirodni plin) na 880–940°C. Ugljik difundira prema unutra od površine, uspostavljajući gradijent koncentracije ugljika koji, nakon kaljenja i otpuštanja, stvara tvrdu martenzitnu površinu preko žilave jezgre s nižim udjelom ugljika:
Temperatura austenitizacije
880–940°C. Viša temperatura povećava brzinu difuzije ugljika, ali rizikuje rast zrna kod nekih čelika. 17CrNiMo6 podnosi 940°C bez rasta zrna; 20CrMnTi je ograničen na maksimalno 920°C.
Kontrola ugljičnog potencijala
Atmosferski ugljični potencijal C_P = 0,75–0,85% tokom cementacije; smanjen na 0,65–0,70% tokom faze difuzije kako bi se izravnao profil kućišta. Prati se CO₂ ili O₂ sondom u peći.
Kontrola dubine kućišta
Efektivna dubina kućišta (do HV 550) ≈ 0,18 × √vrijeme na temperaturi [sati]. Cilj 0,8 mm: približno 20 sati ukupnog ciklusa. Cilj 1,5 mm: približno 70 sati. Vrijeme je trošak procesa.
Ugasiti i ublažiti
Kaljenje u ulju od 820–840°C do sobne temperature. Otpuštanje na 150–200°C tokom 2 sata — smanjuje zaostali napon i krhkost uz zadržavanje HRC 58–62. Više temperature otpuštanja smanjuju tvrdoću površine ispod specifikacije.
Proces 3: Indukcijsko kaljenje — Selektivno površinsko kaljenje za velike zupčanike
Indukcijsko kaljenje koristi elektromagnetsku indukciju za zagrijavanje spiralni zupčanik površina zuba se brzo (obično unutar 1-10 sekundi po zubu ili po prolazu skeniranja) zagrijava do temperature austenitizacije, nakon čega slijedi trenutno kaljenje. Samo površina unutar dubine elektromagnetnog prodiranja se zagrijava i kaljuje - jezgro ostaje na svojoj tvrdoći prije indukcije (obično QT HB 280-320 za 42CrMo). Rezultat: tvrda površina, žilavo jezgro, s granicom između kućišta i jezgre koja se nalazi na kontroliranoj dubini određenoj frekvencijom induktora:
| Frekvencija induktora | Dubina prodiranja | Odgovarajući modul zupčanika | Uzorak očvršćavanja |
|---|---|---|---|
| 450 kHz (HF) | 0,3–0,8 mm | M2–M5 | Samo površina; praćenje konture profila zuba |
| 10–30 kHz (MF) | 1,0–2,5 mm | M5–M16 | Djelomični slučaj koji prati konturu zuba; kroz zub za manje module |
| 1–3 kHz (LF) | 3–6 mm | M16–M40+ | Kaljenje kroz zub za velike module; granica između kućišta i jezgra ispod korijena |
Indukcijsko kaljenje je posebno pogodno za velike module spiralni zupčanici (M16–M50) za primjenu u rudarstvu, cementnim mlinovima i valjaonicama gdje bi plinsko cementiranje zahtijevalo nepraktično duge cikluse peći (70–200 sati za dubinu kućišta od 2–5 mm) i uzrokovalo bi neupravljive deformacije u velikim presjecima. Indukcijsko kaljenje zagrijava i kali lokalno, stvarajući manje ukupne deformacije nego puni ciklus peći - iako složeni termički gradijent i dalje zahtijeva brušenje nakon kaljenja za DIN klasu 5–7.
Proces 4: Gasno nitriranje — Dimenzionalna stabilnost zupčanika alatnih mašina
Gasno nitriranje difundira dušik u površinu pre-QT-a spiralni zupčanik čelik (obično 38CrMoAl, ali i 42CrMo i 40Cr za industrijske zupčanike) na 490–530°C — znatno ispod temperature transformacije. Dušik se spaja s legirajućim elementima (Cr, Mo, Al) i formira izuzetno tvrde nitridne precipitate, proizvodeći površinsku tvrdoću HV 700–1050 bez ikakve fazne transformacije. Odsustvo transformacije znači:
- Minimalna distorzija: Promjena dimenzija tokom nitriranja je obično 0,010–0,030 mm — u poređenju sa 0,05–0,25 mm kod cementacije. spiralni zupčanik Precizno obrađeno odvaljano prema DIN klasi 6 prije nitriranja obično ostaje DIN klasi 6-7 i nakon nitriranja, bez daljnjeg brušenja.
- Bez gašenja: Zupčanik se polako hladi u atmosferi peći, čime se u potpunosti eliminiraju deformacije uzrokovane kaljenjem.
- Formiranje bijelog sloja: Najudaljenijih 5–20 µm formira složeni sloj (bijeli sloj, ε-Fe₂₋₃N + γ'-Fe₄N) koji je tvrd, ali krhak. Za primjenu na zubima zupčanika, ovaj sloj mora biti kontroliran na ispod 15 µm kako bi se izbjeglo ljuštenje krhke površine. Bijeli sloj se obično uklanja preklapanjem ili određivanjem kontroliranih parametara nitriranja koji minimiziraju njegovu debljinu.
Kako specificirati termičku obradu na crtežu spiralnog zupčanika
| Proces | Primjer opisa crteža | Metoda verifikacije |
|---|---|---|
| QT | 42CrMo4 prema DIN EN 10083 — Q + T — HB 280–320 | Brinell test na čelu zupčanika (3 boda); uzorak za ispitivanje zatezanja iz iste topline |
| Indukcija | 42CrMo4 QT HB 280 pre-HT — Indukcijsko kaljeno — HRC 50–55; efektivna dubina kućišta min. 1,0 mm pri HRC 45 | Rockwellov test na bočnoj strani zuba; metalografski presjek koji potvrđuje dubinu granice između slučaja i jezgra |
| Cementacija | 20CrMnTi — plinski cementirano, kaljeno u ulju, otpušteno na 180°C — tvrdoća boka zuba HRC 58–62; efektivna dubina kućišta 0,8–1,2 mm (do HV 550); jezgro HRC ≥ 30 | Rockwellov test na površini boka zuba; tvrdoća poprečno (Vickers 5 kg) od površine do jezgra; metalografski presjek |
| Gasno nitriranje | 38CrMoAl QT HRC 32–36 pre-HT — plinski nitrirano 520°C 50h — površinski HV min. 750 (±25 µm dubina ispitivanja); sloj smjese maks. 15 µm | Mikrotvrdoća po Vickersu od 25–50 µm; debljina bijelog sloja dobijena metalografskim presjekom metodom nital jetkanja |
Korea Ever-Power — Sva četiri procesa interno
Tvrda bočna strana zuba spiralni zupčanik — cementirano, kaljeno u ulju, popušteno, a zatim brušeno HÖFLER metodom prema DIN klasi 5: kombinacija dvaju procesa koja pruža kontaktnu zamornu čvrstoću od 1500–1800 MPa uz ≤0,4 µm Ra boka zuba i potvrđenu dubinu slučajnog slučaja mjerenjem tvrdoće
Korea Ever-Power interno vrši QT, indukcijsko kaljenje, plinsko cementiranje i plinsko nitriranje, a zapisi o pećima, mjerenja tvrdoće i metalografski izvještaji o presjecima isporučuju se kao standardna dokumentacija za inspekciju uz svaku narudžbu. spiralno rezani zupčanik Za narudžbe koje zahtijevaju svjedočanstvo klasifikacijskog društva o termičkoj obradi (DNV, LR, ABS, KR), Korea Ever-Power organizira prisustvo inspektora i dostavlja potreban zapis o termičkoj obradi s ovjerenom klasom. Kao direktna proizvođač spiralnih zupčanika Sa svim procesima pod jednim krovom, sljedivost termičke obrade je neprekinuta od kovanog bruta do gotovog zupčanika - eliminirajući praznine u dokumentaciji koje nastaju kada se termička obrada ugovara od strane podizvođača.
Često postavljana pitanja
Pri istoj nominalnoj površinskoj tvrdoći (npr. HRC 58), plinski cementirana spiralni zupčanik ima veću kontaktnu čvrstoću na zamor od indukcijski kaljenog zupčanika zbog tri faktora složenosti. Prvo, cementirano kućište ima postepeni gradijent ugljika koji proizvodi tlačne zaostale napone u podpovršinskoj zoni - direktno suprotstavljajući širenju pukotina uslijed rupica. Drugo, legure 20CrMnTi ili 17CrNiMo6 koje se koriste za cementaciju imaju finiju strukturu zrna nakon ciklusa cementacije, što daje veću otpornost na zamor po jedinici tvrdoće. Treće, dubina cementiranog kućišta (0,8–2,5 mm) je veća nego kod indukcijski kaljenih kućišta na višim frekvencijama, održavajući vrh Hertzovog napona duboko unutar kućišta za primjene s visokim kontaktnim naponom.
Samo ako je osnovni čelik cementirajuće klase (niskougljični, npr. 20CrMnTi). A spiralni zupčanik Već izrezani 42CrMo (srednji ugljik, 0,38–0,45% C) ne može se cementirati — osnovni sadržaj ugljika je već iznad ciljanog ugljika, tako da bi kontrola potencijala ugljika u peći zapravo dekarbonizirala površinu, a ne obogatila je. Ispravan proces za 42CrMo je indukcijsko kaljenje ili nitriranje, a ne cementiranje. Pokušaj cementiranja 42CrMo spiralni zupčanik rezultira lošim formiranjem slučaja i uobičajena je greška u specifikaciji koja se uočava u fazi pregleda crteža od strane Korea Ever-Powera.
Opekotina od brušenja u spiralni zupčanik nastaje kada toplota generisana tokom brušenja premaši lokalnu brzinu odvođenja toplote, nakratko zagrijavajući površinu boka zuba iznad temperature otpuštanja i stvarajući tanku zonu ponovnog otpuštanja smanjene tvrdoće - vidljivu kao žuta do plava nijansa toplote pod pravim osvjetljenjem ili kao anomalni Barkhausenov šum. U ekstremnim slučajevima, površina se ponovo kali (bijeli sloj nekaljenog martenzita vidljiv u metalografskom presjeku dobijenom nitalnim nagrizanjem). Opekotine od brušenja smanjuju vijek trajanja kontaktnog zamora za 30–70% i glavni su rizik za kvalitet brušenja nakon cementacije. Detekcija: nitalno nagrizanje uzorka iz svake serije (standardna praksa Korea Ever-Power) ili 100% Barkhausenovo šumno skeniranje za preciznu automobilsku industriju spiralni zupčanici.
Efektivna dubina slučaja (ECD) za spiralni zupčanik je dubina na kojoj tvrdoća pada na HV 550 (HRC 52) - granica ispod koje tvrdoća nije dovoljna da se odupre nastanku tačkastih pukotina. Ukupna dubina slučaja (TCD) je dubina na kojoj tvrdoća iznosi tvrdoću jezgra + 50 HV - vanjsku granicu obogaćivanja ugljikom. ECD je uvijek plići od TCD-a za 20–50%, ovisno o leguri i uvjetima kaljenja. Za spiralni zupčanik specifikacija: uvijek specificirajte ECD (prema HV 550 ili prema zahtjevima za kontaktni napon), jer ECD direktno određuje dubinu otpornosti na zamor u spiralni zupčanik dubina zone otporne na zamor. Ako je specificiran samo TCD, zupčanik može izgledati kao da ima odgovarajuću dubinu kućišta u laboratoriji, ali da u eksploataciji nema dovoljnu dubinu otpornu na zamor.
Potvrdite termičku obradu za vašu primjenu spiralnog zupčanika
Inženjerski tim kompanije Korea Ever-Power potvrđuje ispravan proces termičke obrade, ciljanu tvrdoću, dubinu kućišta i specifikaciju crteža za vašu primjenu - na osnovu prenesenog opterećenja, klase materijala, veličine zupčanika i zahtjeva za brušenjem nakon obrade. Sva četiri procesa se odvijaju interno sa kompletnom dokumentacijom.
QT · Indukcija · Plinska cementacija · Plinska nitracija · Ispitivanje tvrdoće · Poprečni prelaz dubine kućišta · Svjedok klasnog društva dostupan
Urednik: Cxm
