Neljä lämpökäsittelyprosessia kierukkavaihteille – rinnakkainen vertailu
| Käsitellä | Pinnan kovuus | Ytimen kovuus | Kotelon syvyys | σ_H lim (MPa) | Vääristymä | HT-hionta | Suhteelliset kustannukset |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| QT (sammutus ja päästö) | HB 220–350 | Sama läpileikkaus | Ei koteloa – läpikotaisin karkaistu | 490–680 | Minimaalinen | Valinnainen (riittävästi jyrsintää) | 1,0× |
| Induktiokarkaisu | HRC 50–58 | HRC 28–38 (QT-ydin) | 0,5–5 mm (taajuusohjattu) | 820–1050 | Kohtalainen — paikallinen lämpöjännitys | Vaaditaan DIN-luokille 5–6 | 1,4–1,8× |
| Kaasuhiiletys + Q + T | HRC 58–62 | HRC 30–38 | 0,5–3,0 mm (aikaohjattu) | 1500–1800 | Korkea — täysi uunin sykli | Pakollinen DIN-luokille 5–7 | 2,0–2,8× |
| Kaasunitraus | HV 700–1050 (HRC 62+) | HRC 28–38 (QT ennen HT:tä) | 0,1–0,6 mm (matala) | 1100–1450 | Erittäin matala (enintään 520 °C) | Yleensä ei vaadita | 2,2–2,8× |
Prosessi 1: Sammutus ja päästö (QT) — Pehmeän hampaan kyljen lähtötaso
QT (sammutus ja päästö) on yksinkertaisin lämpökäsittely kierukkavaihteisto Teräslajit: taottu tai tankoaihio austenisoidaan 820–880 °C:ssa, sammutetaan öljyssä tai vedessä ja päästötään sitten 550–680 °C:ssa tavoitekovuuteen. Tuloksena on tasaisesti karkaistu, sitkeä läpileikkaus ilman pintakuorta. Pinnan kovuutta rajoittaa päästölämpötila – HB 220 vastaa noin 630 °C:n päästölämpötilaa; HB 320 noin 560 °C:n päästölämpötilaa.
QT kierrevaihteet koneistetaan QT-syklin jälkeen – hammaspyörän hampaat jyrsitään tai muotoillaan lopullisessa karkaistussa tilassa (HB 220–350 on helposti saatavilla Aasian markkinoilla). Hampaiden lastuamisen jälkeistä lämpökäsittelyä ei käytetä, joten muodonmuutosten korjausta ei tarvita, ja DIN-luokan 7–9 tarkkuus suoralla jyrsinnällä on saavutettavissa. QT on oikea spesifikaatio, kun: käyttökuormitus on σ_H lim -alueella 490–680 MPa; hiontaa ei suunnitella; ja hammaspyörä on ei-kriittisessä yleisessä teollisuuskäytössä alle 15 m/s nousunopeudella.
Prosessi 2: Kaasuhiiletys — Premium-luokan kierukkavaihteiden standardi
Hiilihapotettu kierukkavaihteisto — HRC 58–62 -pinta, jonka efektiivinen kotelosyvyys on tyypillisesti 0,8–2,0 mm (HV 550:een asti), antaa σ_H lim -arvon 1500–1800 MPa:lle ja jota käytetään suurimmassa osassa tarkkuusajoneuvojen, sähköautojen, CNC-koneiden, merikoneiden ja raskaan teollisuuden osia kierukkavaihteisto tuotanto maailmanlaajuisesti
Hiiletyssykli — prosessiparametrit
Kaasuhiiletys rikastuttaa hampaan pintaa kierukkavaihteisto vähähiilinen seosteräs (tyypillisesti 20CrMnTi tai 17CrNiMo6) hiilellä altistamalla se endotermisen kaasun ja rikastuskaasun (propaani tai maakaasu) muodostamalle ilmakehälle 880–940 °C:ssa. Hiili diffundoituu pinnalta sisäänpäin muodostaen hiilipitoisuusgradientin, joka sammutuksen ja päästön jälkeen tuottaa kovan martensiittisen pinnan sitkeän vähähiilisen ytimen päälle:
Austenisointilämpötila
880–940 °C. Korkeampi lämpötila lisää hiilen diffuusionopeutta, mutta aiheuttaa raekasvun riskin joissakin teräksissä. 17CrNiMo6 sietää 940 °C:n lämpötilan ilman raekasvua; 20CrMnTi kestää enintään 920 °C:n lämpötilan.
Hiilipotentiaalin hallinta
Ilmakehän hiilipotentiaali C_P = 0,75–0,85% hiiletyksen aikana; alennetaan diffuusiovaiheen aikana arvoon 0,65–0,70% koteloprofiilin tasoittamiseksi. Seurataan CO₂- tai O₂-anturilla uunissa.
Kotelon syvyyden säätö
Efektiivinen kotelosyvyys (HV 550:een asti) ≈ 0,18 × √aika lämpötilassa [tuntia]. Tavoite 0,8 mm: noin 20 tuntia kokonaissyklissä. Tavoite 1,5 mm: noin 70 tuntia. Aika on prosessikustannus.
Sammutus ja karkaisu
Öljysammutus 820–840 °C:sta ympäristön lämpötilaan. Päällystys 150–200 °C:ssa 2 tunnin ajan — vähentää jäännösjännitystä ja haurautta säilyttäen HRC-arvon 58–62. Korkeammat päästölämpötilat alentavat pinnan kovuutta spesifikaatioiden alapuolelle.
Prosessi 3: Induktiokarkaisu — Selektiivinen pintakarkaisu suurille hammaspyörille
Induktiokarkaisussa käytetään sähkömagneettista induktiota lämmittämään kierukkavaihteisto hampaan pinta nopeasti (tyypillisesti 1–10 sekunnissa hammasta tai skannauskertaa kohden) austeniittislämpötilaan, minkä jälkeen seuraa välitön sammutus. Vain sähkömagneettisen tunkeutumissyvyyden sisällä oleva pinta kuumennetaan ja karkaistaan – ydin pysyy induktiota edeltävässä kovuudessaan (tyypillisesti QT HB 280–320 42CrMo:lle). Tulos: kova pinta, sitkeä ydin, ja kotelon ja ytimen rajapinta sijaitsee induktorin taajuuden määräämällä kontrolloidulla syvyydellä:
| Induktorin taajuus | Tunkeutumissyvyys | Sopiva vaihdemoduuli | Kovettumiskuvio |
|---|---|---|---|
| 450 kHz (HF) | 0,3–0,8 mm | M2–M5 | Vain pinnalla; muotoa myötäilevä hampaan profiili |
| 10–30 kHz (keskitaajuus) | 1,0–2,5 mm | M5–M16 | Osittainen kotelo hampaan ääriviivaa seuraten; hampaan läpi kulkeva pienemmissä moduuleissa |
| 1–3 kHz (matalataajuus) | 3–6 mm | M16–M40+ | Läpikarkaisu suurille moduuleille; kotelon ja ytimen raja juuren alapuolella |
Induktiokarkaisu sopii erityisesti suurimoduulisille kierrevaihteet (M16–M50) kaivos-, sementtitehdas- ja valssaamokäyttöön, joissa kaasuhiiletys vaatisi epäkäytännöllisen pitkiä uunisyklejä (70–200 tuntia 2–5 mm:n kotelosyvyydelle) ja aiheuttaisi hallitsemattomia muodonmuutoksia suuriprofiilisissa aihioissa. Induktiokarkaisu kuumentaa ja sammuttaa paikallisesti, mikä aiheuttaa vähemmän kokonaismuodonmuutoksia kuin täysi uunisykli – vaikka monimutkainen lämpötilagradientti vaatii silti jälkikarkaisuhiontaa DIN-luokkien 5–7 mukaisesti.
Prosessi 4: Kaasutinitridaus – työstökoneiden hammaspyörien mittapysyvyys
Kaasunitraus diffundoi typpeä esi-QT:n pintaan kierukkavaihteisto terästä (tyypillisesti 38CrMoAl, mutta myös 42CrMo ja 40Cr teollisuusvaihteissa) 490–530 °C:ssa – selvästi muutoslämpötilan alapuolella. Typpi yhtyy seosaineisiin (Cr, Mo, Al) muodostaen erittäin kovia nitridipurkaumia, jotka tuottavat HV 700–1050 -pintakovuuden ilman faasimuutosta. Muutoksen puuttuminen tarkoittaa:
- Minimaalinen vääristymä: Mittamuutos nitrauksen aikana on tyypillisesti 0,010–0,030 mm – verrattuna hiiletyksen 0,05–0,25 mm:iin. kierukkavaihteisto tarkkuusjyrsintä DIN-luokkaan 6 ennen nitrausta pysyy yleensä DIN-luokassa 6–7 nitrauksen jälkeen ilman lisähiontaa.
- Ei sammutusta: Vaihteisto jäähtyy hitaasti uunin ilmakehässä, mikä poistaa sammutuksen aiheuttamat muodonmuutokset kokonaan.
- Valkoisen kerroksen muodostuminen: Uloin 5–20 µm muodostaa kovan mutta hauraan yhdistelmäkerroksen (valkoinen kerros, ε-Fe₂₋₃N + γ'-Fe₄N). Hammaspyörissä tämän kerroksen paksuus on pidettävä alle 15 µm:ssä hauraan pinnan hilseilyn välttämiseksi. Valkoinen kerros poistetaan tyypillisesti hiomalla tai määrittämällä kontrolloidut nitrausparametrit, jotka minimoivat sen paksuuden.
Lämpökäsittelyn määrittäminen kierukkapyörän piirustuksessa
| Käsitellä | Piirustustekstin esimerkki | Vahvistusmenetelmä |
|---|---|---|
| QT | 42CrMo4 standardin DIN EN 10083 mukaisesti — Q + T — HB 280–320 | Brinell-koe hammaspyörän pinnalla (3 pistettä); vetokoekappale samasta lämmöstä |
| Induktio | 42CrMo4 QT HB 280 esikarkaistu — Induktiokarkaistu — HRC 50–55; tehokas kotelosyvyys vähintään 1,0 mm HRC 45:ssä | Rockwell-testi hampaan kyljessä; metallografinen leikkaus, joka vahvistaa kotelon ja ytimen rajan syvyyden |
| Hiiletys | 20CrMnTi — kaasuhiiletetty, öljysammutettu, päästätty 180 °C:een — hampaan kyljen HRC 58–62; tehokas kotelosyvyys 0,8–1,2 mm (HV 550:een asti); ydin HRC ≥ 30 | Rockwell-koe hampaan kylkipinnalla; kovuusmittaus (Vickers 5 kg) pinnasta ytimeen; metallografinen leikkaus |
| Kaasunitraus | 38CrMoAl QT HRC 32–36 esikuumentunut — kaasunitrattu 520 °C 50 h — pinnan HV min. 750 (±25 µm testisyvyys); yhdistekerroksen paksuus enint. 15 µm | Vickersin mikrokovuus 25–50 µm:n paksuudella; valkoisen kerroksen paksuus nitaletch-metallografisella leikkauksella |
Korea Ever-Power — Kaikki neljä prosessia itse
Kova hampaan kylki kierukkavaihteisto — hiiletetty, öljysammutettu, päästätty ja sitten HÖFLER-hiottu DIN-luokan 5 mukaisesti: kahden prosessin yhdistelmä, joka tuottaa 1500–1800 MPa:n kosketusväsymislujuuden, ≤0,4 µm:n hampaan kyljen Ra-arvon ja kovuusmittauksella varmistetun kotelosyvyyden
Korea Ever-Power suorittaa itse QT-testauksen, induktiokarkaisun, kaasuhiiletyksen ja kaasunitrauksen, ja uuniraportit, kovuusmittaukset ja metallografiset leikkausraportit toimitetaan vakiotarkastusdokumentaationa jokaisen tilauksen mukana. kierrehammaspyörä määräyksissä, jotka edellyttävät luokituslaitoksen lämpökäsittelytodistuksen (DNV, LR, ABS, KR), Korea Ever-Power järjestää tarkastajan läsnäolon ja toimittaa vaaditun luokkaleimalla varustetun lämpökäsittelytodistuksen. Suorana kierrevaihteiden valmistaja Koska kaikki prosessit ovat saman katon alla, lämpökäsittelyn jäljitettävyys on keskeytymätöntä taotusta aihiosta valmiiseen vaihteeseen – mikä poistaa dokumentaatioaukot, joita syntyy, kun lämpökäsittely ulkoistetaan.
Usein kysytyt kysymykset
Samalla nimellisellä pintakovuudella (esim. HRC 58), kaasuhiiletetty kierukkavaihteisto on suurempi kosketusväsymislujuus kuin induktiokarkaistulla hammaspyörällä kolmen seostustekijän ansiosta. Ensinnäkin hiiletetyssä kotelossa on asteittainen hiiligradientti, joka tuottaa puristavia jäännösjännityksiä pinnanalaiseen vyöhykkeeseen – mikä suoraan vastustaa pistemäisen halkeaman etenemistä. Toiseksi hiiletyksessä käytetyillä 20CrMnTi- tai 17CrNiMo6-seoksilla on hienompi raerakenne hiiletyssyklin jälkeen, mikä antaa paremman väsymiskestävyyden kovuusyksikköä kohden. Kolmanneksi hiiletetyn kotelon syvyys (0,8–2,5 mm) on syvempi kuin induktiokarkaistuissa koteloissa korkeammilla taajuuksilla, mikä pitää Hertzin jännityshuipun selvästi kotelon sisällä suuren kosketusjännityksen sovelluksissa.
Vain jos perusteräs on hiiletyslaatua (vähähiilinen, esim. 20CrMnTi). A kierukkavaihteisto jo leikattua 42CrMo:ta (keskihiili, 0,38–0,45% C) ei voida hiilettää – perushiilipitoisuus on jo kohdehiilen yläpuolella, joten hiilipotentiaalin hallinta uunissa itse asiassa poistaisi hiilestä pinnan rikastumisen sijaan. Oikea prosessi 42CrMo:lle on induktiokarkaisu tai nitraus, ei hiiletys. 42CrMo:n hiiletysyritys kierukkavaihteisto johtaa huonoon kotelon muodostumiseen ja on yleinen spesifikaatiovirhe, joka havaitaan Korea Ever-Powerin piirustusten tarkistusvaiheessa.
Hiontapalovamma kierukkavaihteisto Hiomisen aikana syntyvä lämpö ylittää paikallisen lämmönhukkanopeuden, jolloin hampaan kylkipinta kuumenee hetkellisesti päästölämpötilan yläpuolelle ja muodostuu ohut, uudelleenkarkaistu, kovemmaksi alentunut vyöhyke – joka näkyy keltaisena tai sinisenä lämpösävynä oikeassa valaistuksessa tai poikkeavana Barkhausen-kohinajäljenä. Äärimmäisissä tapauksissa pinta karkaistuu uudelleen (valkoinen kerros karkaisematonta martensiittia näkyy nitaletch-metallografisessa poikkileikkauksessa). Hiontapalaminen lyhentää kosketuksen väsymislujuutta 30–70%:llä ja on tärkein laaturiski hiiletyshionnan jälkeisessä hionnassa. Havaitseminen: näytteen nitaletsaus jokaisesta erästä (Korean Ever-Powerin vakiokäytäntö) tai 100% Barkhausen-kohinaskannaus tarkkuusautoteollisuudessa. kierrevaihteet.
Efektiivinen tapaussyvyys (ECD) a:lle kierukkavaihteisto on syvyys, jolla kovuus laskee HV 550:een (HRC 52) – raja, jonka alapuolella kovuus ei riitä estämään pistemäisen halkeaman syntymistä. Kokonaiskotelosyvyys (TCD) on syvyys, jolla kovuus on yhtä suuri kuin ytimen kovuus + 50 HV – hiilen rikastumisen ulkoraja. ECD on aina 20–50% matalampi kuin TCD seoksesta ja sammutusolosuhteista riippuen. kierukkavaihteisto erittely: määritä aina ECD (HV 550:een asti tai kosketusjännityksen vaatimusten mukaisesti), koska ECD määrittää suoraan väsymiskestävyyden syvyyden kierukkavaihteisto väsymiskestovyöhykkeen syvyys. Jos ainoastaan yläkuoren syvyys on määritelty, vaihteen kotelointisyvyys saattaa laboratoriossa vaikuttaa riittävältä, mutta käytössä väsymiskestosyvyys on riittämätön.
Vahvista lämpökäsittely kierukkavaihteen sovelluksellesi
Korea Ever-Powerin suunnittelutiimi vahvistaa oikean lämpökäsittelyprosessin, tavoitekovuuden, kotelosyvyyden ja piirustusspesifikaation sovelluksellesi – perustuen välittyvään kuormitukseen, materiaalilaatuun, hammaspyörän kokoon ja jälkikäsittelyn hiontatarpeeseen. Kaikki neljä prosessia tehdään itse ja ne dokumentoidaan täydellisesti.
QT · Induktio · Kaasuhiiletys · Kaasunitraus · Kovuusmittaus · Kotelon syvyysmittaus · Luokkayhdistyksen todistaja saatavilla
Toimittaja: Cxm
