Întărit prin inducție, carburat sau nitrurat? Alegerea tratamentului termic pentru rafturile de viteze

Tratament termic și măcinare de precizie în producție

Cuvânt cheie țintă:tratament termic pentru cremalieră

Secundar:cremalieră călită prin inducție, angrenaje de adâncime pentru călire, duritatea cremalieră HRC

Meta descriere:Cifrele reale de duritate și adâncimea carcasei pentru rafturi întărite prin inducție, carburate și nitrurate - plus de ce întărirea strică precizia și ceea ce spune cercetările despre adâncimea optimă a carcasei.

Există un număr de duritate pe desenul de raft. De unde a venit?

Din experiența noastră, aproximativ jumătate din timp a fost copiat dintr-un desen anterior și nimeni nu își amintește de ce. Cealaltă jumătate a fost aleasă pentru că mai sus suna mai sigur. Niciunul nu este un motiv bun și ambele vă pot costa fie bani, fie un rack eșuat.

Tratamentul termic pe un port de viteze este un set de schimb-între duritatea suprafeței, duritatea miezului, adâncimea carcasei, distorsiune și preț. Găsiți greșit echilibrul și fie uzați flancurile, fie spargeți dinții. Iată ce susțin de fapt datele publicate.

Întărirea prin inducție - calul de lucru

Întărirea prin inducție trece un curent de-frecvență înaltă printr-o bobină în jurul zonei dintelui, încălzind doar stratul de suprafață, apoi îl stinge. Miezul nu atinge niciodată temperatura de austenitizare, așa că rămâne dur.

Figura 1. Intervalele de duritate a suprafeței și adâncimea carcasei după metoda de tratament.

Duritate realizabilă, din surse publicate:

Două constrângeri dure guvernează dacă un material poate fi întărit prin inducție. Procesul necesită oțel cuconținut de carbon de 0,30% sau mai mult- mai jos, pur și simplu nu există suficient carbon pentru a forma martensită. La capătul superior, carbonul ar trebui să rămână sub aproximativ 0,55%, cu un nivel scăzut de sulf și fosfor, pentru a reduce șansa de stingere a fisurării.

Acea fereastră, 0,30% până la 0,55% carbon, este tocmai motivul pentru care S45C și 42CrMo4 (SCM440) domină producția de rack. Nu este tradiție; este metalurgie.

O limitare contează mai mult decât se așteaptă oamenii: chiar și atunci când flancul și vârful dintelui se întăresc corespunzător, rădăcina dintelui adesea nu.

Rădăcina dintelui este locul în care încep fisurile de oboseală la îndoire. Dacă modul de defecțiune este mai degrabă oboseala rădăcină decât uzura flancurilor, este posibil ca întărirea prin inducție să nu rezolve problema pe care o aveți. Studiul FZG confirmă geometria acestui - direct pentru toate roțile dințate întărite prin inducție-testate, „conturul de întărire este cel mai gros la flancurile dinților și cel mai jos în zona tangentei de 30 de grade la fileul rădăcinii dintelui”.

Penalizarea acurateței pe care nimeni nu o menționează în citat

Întărirea deformează piesa. Pe un rack lung și subțire, acea distorsiune se duce direct în eroare de pitch.

Când se folosește călirea prin inducție, precizia angrenajului este redusă de solicitarea după încălzire. Slefuirea dinților ulterior este necesară dacă se dorește o precizie ridicată.

Mărimea efectului este vizibilă în modul în care rafturile sunt clasificate în funcție de proces:

Același rack care măsoară DIN 10 (< 0.200 mm/m) straight out of induction hardening reaches DIN 5–7 (< 0.026 to 0.052 mm/m) once the teeth are ground.

Acesta este un factor de patru până la opt în precizie, recuperat printr-o operație de finisare. Modul în care se face: „În timpul frezării dinților se lasă material suplimentar pentru a putea fi măcinați după întărire”.

Deci specificația reală nu este „întărită prin inducție”. Este „călit prin inducțiesi macinata dupa intarire." Dacă desenul dvs. spune primul și aplicația dvs. are nevoie de cel din urmă, veți fi dezamăgit de un rack care este compatibil din punct de vedere tehnic.

O consecință practică care merită cunoscută înainte de a planifica prelucrarea: operațiunile secundare sunt în mod normal posibile pe rafturi în orice condiție, cu excepția dinților întăriți prin inducție-. Găuriți găurile de montare înainte de întărire, nu după.

Carburare - atunci când aveți nevoie de o carcasă rigidă și un miez dur

Carburarea difuzează carbonul în suprafața unui-oțel cu conținut scăzut de carbon, apoi se stinge. Ajungeți cu o carcasă rigidă cu-carbon cu conținut ridicat de carbon peste un miez dur-cu emisii reduse de carbon.

Practică standard de carburare pentru producția de angrenaje și cremaliere.

Pentru 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), unul dintre gradele de întărire standard europene-, cifre publicate după cementarea și călirea corespunzătoare (Otai Steel):

Duritatea suprafeței:58–62 HRC

Adâncimea efectivă a carcasei:0,6–1,2 mm tipic

Duritatea miezului:28–35 HRC

Rezistența la tracțiune a miezului (condiție întărită): 850–1000 MPa, randament ~550 MPa

Cifra durității miezului este punctul întregului exercițiu. La 28–35 HRC, miezul încă mai absoarbe șocul și rezistă la propagarea fisurilor, în timp ce carcasa de 58–62 HRC rezistă la pitting și uzură. Un rack-întărit la 55 HRC nu are o astfel de rezervă - este greu până la capăt și, în consecință, fragil.

Carburarea costă mai mult, durează mai mult și distorsionează mai mult decât călirea prin inducție. Specificați-l atunci când stresul de contact este cu adevărat mare și este prezentă sarcina de șoc.

Cât de adânc ar trebui să fie cazul? Cercetarea are un număr

Aici majoritatea specificațiilor sunt presupuneri, așa că merită să citați cercetările reale.

Figura 2. Rezistența la încovoiere a rădăcinii scade atunci când adâncimea carcasei depășește 0,25 x modul (date de cercetare FZG / TU Munchen).

Un studiu realizat de FZG de la TU München (FVA 660 II, publicat prin AGMA 22FTM14) a testat roți dințate 42CrMo4 la module normale de 14 mm și 20 mm cu decalaj-prin{-călirea prin inducție a golului, măsurând rezistența la îndoirea rădăcinii dintelui față de adâncimea suprafeței, întărirea adâncimii dentare (SHD400). limita HV1).

Constatări, citate direct:

„Se pare că există un SHD400 optim în intervalul de la 0,15 la 0,25 × m_n.”

„Rezistența la îndoire a rădăcinii dintelui a variantei cu un SHD de 0,35 × m_n atinge doar 80 la sută din rezistența la îndoirea rădăcinii dintelui a variantelor cu SHD mai mic.”

Mai profund este mai rău. Un caz la 0,35 × modul pierde o cincime din rezistența la încovoiere a rădăcinii în comparație cu 0,15–0,25 × modul.

Mecanismul este stresul rezidual. O carcasă întărită la mică adâncime lasă suprafața în compresie, ceea ce suprimă inițierea fisurii. Împingeți carcasa prea adânc și stratul de compresie slăbește, iar zona de tranziție se deplasează într-o regiune cu efort de încovoiere ridicat.

Practic, pentru un rack modul 4, intervalul este de la 0,6 la 1,0 mm. Pentru modulul 8, 1,2 până la 2,0 mm. Condițiile recomandate de studiu, pentru dimensiunile angrenajului m_n=14 până la 20 mm: SHD400 la 0,15–0,25 × m_n, aproximativ egale pe flancurile din stânga și din dreapta, duritatea suprafeței 650–750 HV, fără fisuri de întărire.

O cifră similară din același studiu merită să știți dacă aveți o aplicație-critică la oboseală: varianta împușcată-a atins un număr de tensiune nominală de încovoiere de aproape 600 N/mm², cu aproximativ 30% mai mare decât referința nesablată și mai mare decât comparația-cazificată. Shot peening induce stres rezidual de compresiune și funcționează.

Împreună cu aceasta, ISO 6336-5 evaluează angrenajele întărite-la suprafață cu aproximativ 20 la sută sub roțile dințate întărite-pentru solicitarea maximă admisă. Carburarea câștigă în continuare în ceea ce privește capacitatea brută - întărirea prin inducție plus peening-ul pur și simplu închide decalajul la costuri mai mici.

Nitrurare - dură, subțire și abia distorsionată

Nitrurarea difuzează azotul în suprafață la temperatură scăzută, de obicei520 de grade (Bodycote). Fără stingere, fără transformare de fază, distorsiuni minime.

Stratul are două zone: un strat compus „alb” care oferă „rezistență ridicată la uzură, uzură, uzură și gripare” și un strat de difuzie dedesubt care oferă „rezistență îmbunătățită la oboseală” și susține stratul compus.

Două constrângeri decid dacă nitrurarea este disponibilă pentru dvs.:

Material.Este „cel mai eficient atunci când este aplicat la o gamă de oțeluri care conțin elemente care formează nitrură-, cum ar fi crom, molibden, vanadiu și aluminiu”. Toate materialele feroase pot fi nitrurate în gaz până la 5% crom; peste aceasta, nitrurarea cu plasmă. În mod critic, pentru oțelul carbon simplu: „Datorită lipsei elementelor de aliere, oțelul AISI 1045 nu răspunde la procesul de nitrurare” (AZoM). Dacă rack-ul tău este C45, nitrurarea nu este o opțiune.

Adâncimea carcasei.Carcasele nitrurate sunt subțiri. Pentru 38CrMoAl, un grad specific de nitrurare-, cifrele publicate sunt 900–1100 HV (~65–70 HRC) cu un caz de numai0,3–0,6 mm.

Acest caz subțire este limitarea. Sub stres de contact hertzian puternic, un strat dur subțire peste un substrat mai moale poate suferi o strivire - stratul se prăbușește în miezul de sub acesta. Nitrurarea se potrivește cu rafturile în care domină uzura și uzura, iar tensiunea de contact este moderată și unde distorsiunea trebuie să fie minimă, deoarece raftul este deja finisat-.

Materialul trebuie să fie întărit și călit înainte de nitrurare pentru rezultate optime.

Alegerea

FAQ

Este 60 HRC mai bun decât 50 HRC pe un rack?

Nu automat. Duritate mai mare înseamnă o rezistență mai bună la uzură și o duritate mai slabă. Un rack de 60 HRC într-o aplicație încărcată cu șoc-va ciobi dinții cărora le-ar supraviețui un rack de 50 HRC. Potriviți duritatea cu modul de defecțiune pentru care proiectați.

Pot căli prin inducție un rack C45 după prelucrarea găurilor de montare?

Puteți, dar distorsiunea afectează poziția găurii și planeitatea, precum și pasul dintelui. Practica standard este de a evita operațiunile secundare pe rafturile-întărite prin inducție. Mai întâi mașina, apoi întăriți.

De ce suportul meu întărit are o consistență mai proastă a jocului decât cel moale pe care l-a înlocuit?

Aproape cu siguranță distorsiune de întărire, dacă dinții nu au fost șlefuiți ulterior. Eroarea de pas publicată pentru rafturile-întărite ne-întărite prin inducție este de aproximativ ±0,200 mm/m față de ±0,150 mm/m pentru un rafturi moale - rafturile întărite sunt cu adevărat mai puțin precise.

Ce duritate ar trebui să fie pinionul față de cremalieră?

Egale sau mai greu. Deoarece pinionul vede cele mai multe cicluri, duritatea și clasa sa de calitate ar trebui să fie întotdeauna egale sau depășite cu cea a cremalierei. Pinionul face multe rotații pe metru de cursă a cremalierei, astfel încât acumulează cicluri de contact mult mai rapid.

O adâncime mai profundă a carcasei înseamnă întotdeauna o viață mai lungă?

Nu, iar datele FZG sunt explicite: la 0,35 × modul, rezistența la încovoiere a rădăcinii scade la 80% din valoarea la 0,15–0,25 × modul. Supra-specificarea adâncimii carcasei costă bani și reduce rezistența.

Tehnologia Tianjin OuNaiDa Transmissions operează echipamente de întărire și șlefuire a dinților în casă-și furnizează rafturi în grade S45C, 42CrMo4 și de călire-. Spuneți-ne sarcina, caracteristicile șocului și ținta de precizie și vă vom recomanda tratamentul mai degrabă decât să menționăm doar duritatea pe care ați cerut-o.

Rafturi întărite prin inducție, module M5 până la M8