Індукційне загартування, науглерожування чи азотування? Вибір термічної обробки зубчастих рейок

Термообробка і точне шліфування на виробництві

Цільове ключове слово:зубчаста рейка термообробка

Вторинний:зубчаста рейка індукційно загартована, зубчасті передачі глибини цементування, твердість зубчастої рейки HRC

Мета опис:Фактичні значення твердості та глибини корпусу для індукційно загартованих, науглерожених і азотованих стійок -, а також чому загартування руйнує точність і що говорять дослідження про оптимальну глибину корпусу.

На кресленні вашої стійки є число твердості. Звідки це взялося?

З нашого досвіду, приблизно в половині випадків це було скопійовано з попереднього малюнка, і ніхто не пам’ятає, чому. Іншу половину було обрано, оскільки вище звучало безпечніше. Жодна з причин не є вагомою, і обидві можуть коштувати вам грошей або невдалої стійки.

Термічна обробка рейки — це набір компромісів-між твердістю поверхні, в’язкістю сердечника, глибиною корпусу, викривленням і ціною. Порушивши баланс, ви або зношите боки, або зламаєте зуби. Ось що насправді підтверджують опубліковані дані.

Індукційне загартування - робоча конячка

Індукційне загартування пропускає-струм високої частоти через котушку навколо області зуба, нагріваючи лише поверхневий шар, а потім гасить його. Ядро ніколи не досягає температури аустенізації, тому воно залишається міцним.

Рисунок 1. Діапазони твердості поверхні та глибини корпусу за способом обробки.

Досяжна твердість, з опублікованих джерел:

Два жорстких обмеження визначають, чи можна матеріал взагалі індукційно зміцнювати. Для процесу потрібна сталь свміст вуглецю 0,30% і більше- нижче, що просто не вистачає вуглецю для утворення мартенситу. У верхній частині вуглець повинен залишатися нижче приблизно 0,55%, з низьким вмістом сірки та фосфору, щоб зменшити ймовірність гасіння розтріскування.

Це вікно, від 0,30% до 0,55% вуглецю, саме тому S45C і 42CrMo4 (SCM440) домінують у виробництві стелажів. Це не традиція; це металургія.

Одне обмеження має більше значення, ніж люди очікують: навіть коли бік і верхівка зуба затверділи належним чином, корінь зуба часто цього не робить.

На корені зуба починаються втомні тріщини при вигині. Якщо причиною відмови є втома кореня, а не боковий знос, індукційне загартування може не вирішити вашу проблему. Дослідження FZG підтверджує геометрію цього безпосередньо - для всіх випробуваних-індукційно загартованих шестерень: «контур загартування є найтовстішим на бокових сторонах зуба та найнижчим у зоні 30 градусів по дотичній до галузки кореня зуба».

Про штраф за точність у цитаті ніхто не згадує

Загартування деформує деталь. На довгій тонкій стійці це спотворення перетворюється прямо в помилку висоти.

При застосуванні індукційного гартування точність зубчастого колеса знижується через деформацію після нагрівання. Щоб отримати високу точність, після цього потрібне шліфування зубів.

Розмір ефекту видно в тому, як стелажі сортуються за процесом:

Та сама стійка, яка має розмір 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.

Це коефіцієнт точності від чотирьох до восьми, відновлений під час обробки. Як це робиться: «Під час фрезерування зубів залишається додатковий матеріал, щоб їх можна було відшліфувати після затвердіння».

Отже, справжня специфікація не є "індукційним загартуванням". Він «індукційно загартованийі шліфують після затвердіння." Якщо на вашому кресленні зазначено перше, а вашій програмі потрібне друге, ви будете розчаровані технічно сумісною стійкою.

Варто знати про один практичний наслідок, перш ніж планувати обробку: вторинні операції зазвичай можливі на стійках у будь-якому стані, за винятком індукційно{0}}загартованих зубів. Просвердліть монтажні отвори до затвердіння, а не після.

Науглерожування -, коли вам потрібен жорсткий корпус і міцний сердечник

Науглерожування дифундує вуглець на поверхню низько{0}}вуглецевої сталі, а потім загартовується. Ви отримуєте високо-вуглецевий твердий корпус замість низько-вуглецевого міцного сердечника.

Стандартна практика науглерожування для виробництва передач і рейок.

Для 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), одного зі стандартних європейських марок цементування, опубліковані дані після належного навуглецювання та загартування (Отай Сталь):

Твердість поверхні:58–62 HRC

Ефективна глибина корпусу:Типовий 0,6–1,2 мм

Твердість сердечника:28–35 HRC

Міцність сердечника на розрив (загартований стан): 850–1000 МПа, текучість ~550 МПа

Значення твердості ядра є суттю всієї вправи. При 28–35 HRC серцевина все ще поглинає удари та протистоїть поширенню тріщин, тоді як корпус 58–62 HRC протистоїть утворенню точок і зносу. Наскрізна{6}}загартована стійка на 55 HRC не має такого резерву - вона тверда наскрізь і, відповідно, крихка.

Науглерожування коштує дорожче, займає більше часу та спотворює більше, ніж індукційне загартування. Вказуйте його, коли контактна напруга справді висока та присутнє ударне навантаження.

Наскільки глибокою має бути справа? Дослідження має ряд

Тут більшість характеристик є припущеннями, тому варто процитувати фактичне дослідження.

Рисунок 2. Міцність кореня на вигин падає, коли глибина корпусу перевищує 0,25 x модуль (дані дослідження FZG / TU Munchen).

Дослідження, проведене FZG у TU München (FVA 660 II, опубліковане через AGMA 22FTM14), перевіряло зубчасті колеса 42CrMo4 із звичайними модулями 14 мм і 20 мм із індукційним зміцненням із зазором--зазором, вимірюванням міцності на вигин кореня зуба щодо глибини зміцнення поверхні (SHD400, глибина до 400 обмеження HV1).

Висновки, цитовані прямо:

"здається, оптимальний SHD400 знаходиться в діапазоні від 0,15 до 0,25 × m_n."

«Міцність на вигин кореня зуба у варіанті з SHD 0,35 × m_n досягає лише 80 відсотків міцності на вигин кореня зуба варіантів із нижчим SHD».

Чим глибше, тим гірше. Корпус із 0,35 × модуля втрачає п’яту частину своєї міцності на вигин у порівнянні з 0,15–0,25 × модуля.

Механізм – залишкова напруга. Неглибокий загартований корпус залишає поверхню під час стиснення, що пригнічує виникнення тріщин. Заштовхніть корпус занадто глибоко, і шар стиснення послабиться, а перехідна зона переміститься в область високого напруження при вигині.

Практично для стійки з модулем 4 цей діапазон становить від 0,6 до 1,0 мм. Для модуля 8 від 1,2 до 2,0 мм. Рекомендовані умови дослідження для розмірів зубчастих коліс від m_n=14 до 20 мм: SHD400 при 0,15–0,25 × m_n, приблизно однакові на лівому та правому боках, твердість поверхні 650–750 HV, відсутність тріщин загартування.

Пов’язану цифру з того самого дослідження варто знати, якщо у вас-критичне використання втоми: варіант-з дробеструйним обробленням досяг номінального значення напруги вигину майже 600 Н/мм², що приблизно на 30 відсотків вище, ніж у необробленого еталонного зразка, і вище, ніж-загартований. Дробеструйне ущільнення викликає залишкову напругу стиску, і це працює.

Порівняно з цим, ISO 6336-5 оцінює поверхнево{3}}загартовані шестерні приблизно на 20 відсотків нижче, ніж-загартовані зубчасті колеса для максимально допустимої напруги. Науглерожування все ще виграє в сирих можливостях - індукційне загартування плюс дробеструйне оброблення просто закриває розрив за менших витрат.

Азотування - жорстке, тонке та ледь деформоване

Як правило, азотування дифундує азот у поверхню при низькій температурі520 градусів (Бодікот). Без гасіння, без фазового перетворення, мінімальне спотворення.

Шар має дві зони: складний «білий» шар, що забезпечує «високу стійкість до зношування, задирів, задирання та задирів», і дифузійний шар під ним, який забезпечує «покращену втомну міцність» і підтримує шар суміші.

Два обмеження вирішують, чи доступне вам азотування:

матеріал.Він "найбільш ефективний, коли застосовується до ряду сталей, що містять нітридо{0}}утворюючі елементи, такі як хром, молібден, ванадій та алюміній". Усі чорні матеріали можна азотувати до 5% хрому; вище, плазмове азотування. Критично для простої вуглецевої сталі: «Через відсутність легуючих елементів сталь AISI 1045 не реагує на процес азотування» (AZoM). Якщо ваша стійка C45, азотування не підходить.

Глибина корпусу.Азотовані корпуси тонкі. Для 38CrMoAl, спеціального класу азотування-, опубліковані цифри становлять 900–1100 HV (~65–70 HRC) із випадком лише0,3–0,6 мм.

Цей тонкий корпус є обмеженням. Під сильним контактним напруженням Герца тонкий твердий шар над м’якшою підкладкою може зазнати руйнування корпусу - шар руйнується в серцевину під собою. Азотування підходить для стелажів, де домінують зношення та задирання, а контактна напруга помірна, і де викривлення мають бути мінімальними, оскільки стійка вже фінішно-відшліфована.

Для отримання оптимальних результатів перед азотуванням матеріал необхідно загартувати та відпустити.

Вибір

FAQ

Чи 60 HRC краще, ніж 50 HRC на стійці?

Не автоматично. Вища твердість означає кращу зносостійкість і гіршу міцність. Стійка 60 HRC під час ударно-навантаженої роботи може сколоти зуби, які витримає стійка 50 HRC. Установіть твердість у відповідність до режиму відмови, проти якого ви проектуєте.

Чи можу я індукційно загартувати стійку C45 після обробки отворів для кріплення?

Ви можете, але викривлення впливає на положення отвору та площинність, а також на крок зубів. Стандартною практикою є уникання вторинних операцій на індукційно{1}}загартованих стелажах. Спочатку машина, потім загартування.

Чому моя загартована стійка має гірший люфт, ніж м’яка, яку вона замінила?

Майже напевно деформація загартування, якщо зуби не були потім відшліфовані. Опублікована похибка кроку для індукційно{1}}загартованих не-шліфованих стійок становить приблизно ±0,200 мм/м проти ±0,150 мм/м для м’якої стійки - загартована стійка справді менш точна.

Якої твердості має бути шестерня відносно зубчастої рейки?

Рівне чи важче. Оскільки шестерня відчуває найбільше циклів, її твердість і клас якості завжди повинні дорівнювати або перевищувати клас зубчастої рейки. Шестерня робить багато обертів на метр ходу рейки, тому накопичує контактні цикли набагато швидше.

Чи завжди більша глибина корпусу означає довший термін служби?

Ні, і дані FZG чіткі: при 0,35 × модуля міцність кореня на вигин падає до 80% від значення при 0,15–0,25 × модуля. Над-зазначення глибини корпусу коштує грошей і знижує міцність.

Компанія Tianjin OuNaiDa Transmissions Technology обслуговує обладнання для зміцнення та шліфування-зубів і постачає стійки з марок S45C, 42CrMo4 і цементування-. Повідомте нам навантаження, характеристики удару та цільову точність, і ми порекомендуємо лікування, а не просто вкажемо твердість, яку ви запитували.

Індукційно загартовані стелажі, модулі від M5 до M8