Vier warmtebehandelingsprocessen voor spiraalvormige tandwielen - een vergelijking naast elkaar
| Proces | Oppervlaktehardheid | Kernhardheid | Casusdiepte | σ_H lim (MPa) | Vervorming | Nabehandeling met warmtebehandeling | Relatieve kosten |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| QT (afschrikken en temperen) | HB 220–350 | Dezelfde doorgaande sectie | Geen enkel geval — ondanks de verharding | 490–680 | Minimaal | Optioneel (voldoende vertanding) | 1,0× |
| Inductieharding | HRC 50–58 | HRC 28–38 (QT-kern) | 0,5–5 mm (frequentiegestuurd) | 820–1050 | Matig — lokale thermische spanning | Vereist voor DIN-klasse 5–6 | 1,4–1,8× |
| Gascarburatie + Q + T | HRC 58–62 | HRC 30–38 | 0,5–3,0 mm (tijdgestuurd) | 1500–1800 | Hoog — volledige ovencyclus | Verplicht voor DIN-klasse 5–7 | 2,0–2,8× |
| Gasnitreren | HV 700–1050 (HRC 62+) | HRC 28–38 (QT vóór HT) | 0,1–0,6 mm (ondiep) | 1100–1450 | Zeer laag (maximaal 520°C) | Meestal niet vereist | 2,2–2,8× |
Proces 1: Afschrikken en temperen (QT) — De basislijn voor de zachte tandflank
QT (quench and temper) is de eenvoudigste warmtebehandeling voor spiraalvormig tandwiel Staalsoorten: het gesmede of staafvormige werkstuk wordt geaustenitiseerd bij 820–880 °C, afgeschrikt in olie of water en vervolgens getemperd bij 550–680 °C tot de gewenste hardheid. Het resultaat is een gelijkmatig geharde, taaie doorsnede zonder oppervlaktecoating. De oppervlaktehardheid wordt beperkt door de tempertemperatuur: HB 220 komt overeen met een tempertemperatuur van ongeveer 630 °C; HB 320 met een tempertemperatuur van ongeveer 560 °C.
QT spiraalvormige tandwielen De tandwielen worden na de QT-cyclus gesneden — de tandwielen worden gefreesd of gevormd in de uiteindelijke geharde toestand (HB 220–350 is gemakkelijk te berekenen en geschikt voor de Aziatische markt). Er wordt geen warmtebehandeling na het frezen van de tanden toegepast, waardoor geen vervormingsherstel nodig is en DIN-klasse 7–9 precisie door direct frezen haalbaar is. QT is de juiste specificatie wanneer: de toepassingsbelasting binnen het σ_H-limietbereik van 490–680 MPa ligt; slijpen niet gepland is; en het tandwiel zich bevindt in een niet-kritische algemene industriële aandrijving met een steeksnelheid van minder dan 15 m/s.
Proces 2: Gascarburatie — De standaard voor hoogwaardige spiraalvormige tandwielen
Gecarburiseerd spiraalvormig tandwiel — Het HRC 58–62-oppervlak, met een typische effectieve hardingsdiepte van 0,8–2,0 mm (tot HV 550), geeft een σ_H-limiet van 1500–1800 MPa en is het meest geschikt voor precisietoepassingen in de automobielindustrie, elektrische voertuigen, CNC-machines, scheepvaart en zware industrie. spiraalvormig tandwiel productie wereldwijd
De carbonisatiecyclus — Procesparameters
Gascarburatie verrijkt het tandoppervlak van een spiraalvormig tandwiel Laaggelegeerd staal met een laag koolstofgehalte (doorgaans 20CrMnTi of 17CrNiMo6) wordt verrijkt met koolstof door het bloot te stellen aan een atmosfeer van endotherm gas + verrijkingsgas (propaan of aardgas) bij 880–940 °C. Koolstof diffundeert vanuit het oppervlak naar binnen, waardoor een koolstofconcentratiegradiënt ontstaat die na afschrikken en temperen een hard martensitisch oppervlak produceert boven een taaie kern met een lager koolstofgehalte.
Austenitiseringstemperatuur
880–940 °C. Een hogere temperatuur verhoogt de diffusiesnelheid van koolstof, maar brengt bij sommige staalsoorten het risico van korrelgroei met zich mee. 17CrNiMo6 verdraagt 940 °C zonder korrelgroei; 20CrMnTi is beperkt tot maximaal 920 °C.
Koolstofpotentieelbeheersing
Het atmosferische koolstofpotentieel C_P bedraagt 0,75–0,85% tijdens het carboneren; dit wordt verlaagd tot 0,65–0,70% tijdens de diffusiefase om het oppervlakteprofiel af te vlakken. Dit wordt gemeten met een CO₂- of O₂-sonde in de oven.
Controle van de kastdiepte
Effectieve hardingsdiepte (tot HV 550) ≈ 0,18 × √tijd bij temperatuur [uren]. Doel 0,8 mm: circa 20 uur totale cyclus. Doel 1,5 mm: circa 70 uur. Tijd is proceskosten.
Blus en temperen
Oliekoeling van 820–840 °C tot omgevingstemperatuur. Ontlaten bij 150–200 °C gedurende 2 uur — vermindert restspanning en brosheid, terwijl de hardheid (HRC) van 58–62 behouden blijft. Hogere ontlaattemperaturen verlagen de oppervlaktehardheid tot onder de specificatie.
Proces 3: Inductieharden — Selectief oppervlakteharden voor grote tandwielen
Bij inductieharden wordt elektromagnetische inductie gebruikt om het materiaal te verwarmen. spiraalvormig tandwiel Het tandoppervlak wordt snel (doorgaans binnen 1-10 seconden per tand of per scan) tot de austenitiseringstemperatuur verhit, gevolgd door onmiddellijke afkoeling. Alleen het oppervlak binnen de elektromagnetische penetratiediepte wordt verhit en gehard; de kern behoudt zijn hardheid van vóór de inductie (doorgaans QT HB 280-320 voor 42CrMo). Het resultaat: een hard oppervlak, een taaie kern, waarbij de grens tussen de buitenlaag en de kern zich op een gecontroleerde diepte bevindt, bepaald door de inductiefrequentie.
| Inductorfrequentie | Indringingsdiepte | Geschikte tandwielmodule | Verhardingspatroon |
|---|---|---|---|
| 450 kHz (HF) | 0,3–0,8 mm | M2–M5 | Alleen het oppervlak; de contour volgt het tandprofiel. |
| 10–30 kHz (MF) | 1,0–2,5 mm | M5–M16 | Gedeeltelijke behandeling volgens de tandcontouren; doorlopende behandeling voor kleinere modules. |
| 1–3 kHz (LF) | 3–6 mm | M16–M40+ | Doorlopende tandverharding voor grote modules; grens tussen behuizing en kern onder de wortel |
Inductieharding is bijzonder geschikt voor grote modules. spiraalvormige tandwielen (M16–M50) voor toepassingen in de mijnbouw, cementfabrieken en walserijen, waar gascarburatie onpraktisch lange ovencycli zou vereisen (70–200 uur voor een hardingsdiepte van 2–5 mm) en onbeheersbare vervorming in de grote werkstukken zou veroorzaken. Inductieharden verhit en koelt lokaal af, waardoor er minder totale vervorming ontstaat dan bij een volledige ovencyclus – hoewel de complexe thermische gradiënt nog steeds nabewerking door slijpen vereist voor DIN-klasse 5–7.
Proces 4: Gasnitreren — Maatstabiliteit voor tandwielen van werktuigmachines
Gasnitreren zorgt ervoor dat stikstof in het oppervlak van een pre-QT diffundeert. spiraalvormig tandwiel staal (doorgaans 38CrMoAl, maar ook 42CrMo en 40Cr voor industriële tandwielen) bij 490–530 °C — ruim onder de transformatietemperatuur. Stikstof combineert met de legeringselementen (Cr, Mo, Al) en vormt extreem harde nitrideprecipitaten, wat resulteert in een oppervlaktehardheid van HV 700–1050 zonder faseovergang. De afwezigheid van een transformatie betekent:
- Minimale vervorming: De dimensionale verandering tijdens nitreren bedraagt doorgaans 0,010–0,030 mm, vergeleken met 0,05–0,25 mm bij carboneren. spiraalvormig tandwiel Nauwkeurig gefreesd volgens DIN-klasse 6 vóór het nitreren, blijft het materiaal na het nitreren doorgaans ook volgens DIN-klasse 6-7, zonder verdere slijping.
- Geen blussing: Het tandwiel koelt langzaam af in de ovenatmosfeer, waardoor vervorming als gevolg van afkoeling volledig wordt voorkomen.
- Vorming van een witte laag: De buitenste 5–20 µm vormt een samengestelde laag (witte laag, ε-Fe₂₋₃N + γ'-Fe₄N) die hard maar bros is. Voor tandwieltoepassingen moet deze laag onder de 15 µm worden gehouden om broze afschilfering van het oppervlak te voorkomen. De witte laag wordt doorgaans verwijderd door te lappen of door gecontroleerde nitreerparameters te specificeren die de dikte ervan minimaliseren.
Hoe specificeer je een warmtebehandeling op een tekening van een spiraalvormig tandwiel?
| Proces | Voorbeeld van een tekening met toelichting | Verificatiemethode |
|---|---|---|
| QT | 42CrMo4 volgens DIN EN 10083 — Q + T — HB 280–320 | Brinell-test op tandwieloppervlak (3 punten); trekproefmonster van dezelfde batch. |
| Inductie | 42CrMo4 QT HB 280 voorwarmtebehandeling — Inductiegehard — HRC 50–55; effectieve laagdikte min. 1,0 mm bij HRC 45 | Rockwell-test op de tandflank; metallografische doorsnede die de diepte van de grens tussen de tandkern en de tandwand bevestigt; |
| Carburatie | 20CrMnTi — gasgehard, oliegekoeld, getemperd op 180 °C — tandflank HRC 58–62; effectieve hardingsdiepte 0,8–1,2 mm (tot HV 550); kern HRC ≥ 30 | Rockwell-test op het tandflankoppervlak; hardheidsmeting (Vickers 5 kg) van oppervlak tot kern; metallografische doorsnede |
| Gasnitreren | 38CrMoAl QT HRC 32–36 voorbehandeling — gasgenitreerd 520 °C 50 uur — oppervlaktehardheid min. 750 (±25 µm testdiepte); samengestelde laag max. 15 µm | Vickers microhardheid bij 25–50 µm; dikte van de witte laag bepaald met nital-etsing in een metallografische doorsnede |
Korea Ever-Power — Alle vier processen in eigen beheer
Harde tandflank spiraalvormig tandwiel — gecarburiseerd, in olie afgeschrikt, getemperd en vervolgens HÖFLER-geslepen tot DIN-klasse 5: de combinatie van twee processen die een contactvermoeidheidssterkte van 1500–1800 MPa oplevert, samen met een tandflank-Ra van ≤0,4 µm en een bevestigde hardingsdiepte door middel van hardheidsmetingen.
Korea Ever-Power voert in eigen huis QT-, inductiehardings-, gascarburisatie- en gasnitreringsprocessen uit, waarbij ovenrapporten, hardheidsmetingen en metallografische doorsnederapporten als standaard inspectiedocumentatie bij elke bestelling worden geleverd. spiraalvormig gesneden tandwiel Voor opdrachten waarbij een classificatiebureau (DNV, LR, ABS, KR) de warmtebehandeling moet controleren, regelt Korea Ever-Power de aanwezigheid van een inspecteur en levert het vereiste, door het classificatiebureau goedgekeurde warmtebehandelingsrapport. Als directe fabrikant van spiraalvormige tandwielen Doordat alle processen onder één dak plaatsvinden, is de traceerbaarheid van de warmtebehandeling ononderbroken, van gesmeed werkstuk tot afgewerkt tandwiel. Dit elimineert de documentatiehiaten die ontstaan wanneer de warmtebehandeling wordt uitbesteed.
Veelgestelde vragen
Bij dezelfde nominale oppervlaktehardheid (bijv. HRC 58) kan een gasgecarburiseerde spiraalvormig tandwiel Het heeft een hogere contactvermoeidheidssterkte dan een inductiegehard tandwiel vanwege drie gecombineerde factoren. Ten eerste heeft de gecarburiseerde laag een geleidelijke koolstofgradiënt die drukkende restspanningen in de onderliggende zone veroorzaakt – wat de voortplanting van putcorrosiescheuren direct tegengaat. Ten tweede hebben de 20CrMnTi- of 17CrNiMo6-legeringen die voor het carburiseren worden gebruikt een fijnere korrelstructuur na de carburisatiecyclus, wat resulteert in een hogere vermoeidheidsweerstand per eenheid hardheid. Ten derde is de carburisatiediepte (0,8–2,5 mm) groter dan bij inductiegeharde lagen bij hogere frequenties, waardoor de Hertz-spanningspiek ruim binnen de laag blijft voor toepassingen met hoge contactspanningen.
Alleen als het basisstaal een carboniseerkwaliteit is (laag koolstofgehalte, bijvoorbeeld 20CrMnTi). A spiraalvormig tandwiel Een reeds ingesneden 42CrMo-laag (middelmatig koolstofgehalte, 0,38–0,45% C) kan niet worden gecarburiseerd — het basiskoolstofgehalte ligt al boven het beoogde koolstofgehalte, waardoor controle van het koolstofpotentieel in de oven het oppervlak juist zou ontkolen in plaats van verrijken. Het juiste proces voor 42CrMo is inductieharden of nitreren, niet carburiseren. Pogingen om een 42CrMo-laag te carburiseren zijn daarom af te raden. spiraalvormig tandwiel Dit leidt tot een slechte opbouw van de behuizing en is een veelvoorkomende specificatiefout die wordt ontdekt tijdens de tekeningcontrole bij Korea Ever-Power.
Slijpende verbranding in een spiraalvormig tandwiel Dit treedt op wanneer de warmte die tijdens het slijpen wordt gegenereerd de lokale warmteafvoer overschrijdt, waardoor het tandoppervlak kortstondig boven de ontlaattemperatuur wordt verhit en een dunne, opnieuw ontlaten zone met verminderde hardheid ontstaat. Dit is zichtbaar als een geel tot blauwachtige tint onder de juiste belichting, of als een afwijkende Barkhausen-ruissignatuur. In extreme gevallen wordt het oppervlak opnieuw gehard (een witte laag ongeontlaten martensiet zichtbaar in een metallografische doorsnede na nital-etsing). Slijpverbranding vermindert de contactvermoeidheidslevensduur met 30–70% en is het belangrijkste kwaliteitsrisico bij het slijpen na carboneren. Detectie: nital-etsing van een monster uit elke batch (standaardpraktijk bij Ever-Power in Korea), of 100% Barkhausen-ruisscanning voor precisie-automotive spiraalvormige tandwielen.
Effectieve casusdiepte (ECD) voor een spiraalvormig tandwiel ECD is de diepte waarop de hardheid daalt tot HV 550 (HRC 52) — de grens waaronder de hardheid onvoldoende is om het ontstaan van putcorrosie te weerstaan. De totale hardingsdiepte (TCD) is de diepte waarop de hardheid gelijk is aan de kernhardheid + 50 HV — de buitenste grens van koolstofverrijking. ECD is altijd 20–50% ondieper dan TCD, afhankelijk van de legering en de afkoelingsomstandigheden. spiraalvormig tandwiel Specificatie: specificeer altijd de ECD (tot HV 550 of zoals vereist voor de contactspanning), omdat de ECD direct de diepte van de vermoeiingsweerstand bepaalt. spiraalvormig tandwiel De diepte van de vermoeiingsbestendige zone. Als alleen TCD is gespecificeerd, kan het tandwiel in het laboratorium een voldoende diepte lijken te hebben, maar in de praktijk onvoldoende vermoeiingsbestendige diepte vertonen.
Bevestig de warmtebehandeling voor uw spiraalvormige tandwieltoepassing.
Het engineeringteam van Korea Ever-Power bevestigt het juiste warmtebehandelingsproces, de gewenste hardheid, de indringdiepte en de specificaties voor uw toepassing – gebaseerd op de overgedragen belasting, materiaalkwaliteit, tandwielgrootte en de vereisten voor het slijpen na de behandeling. Alle vier processen worden intern uitgevoerd en volledig gedocumenteerd.
QT · Inductie · Gascarburatie · Gasnitreren · Hardheidsmeting · Dieptemeting · Getuige van classificatiebureau beschikbaar
Redacteur: Cxm
