Pengerasan Induksi, Karburasi atau Nitridasi? Memilih Perlakuan Panas untuk Rak Roda Gigi

Perlakuan panas dan penggilingan presisi dalam produksi

Kata kunci sasaran:perlakuan panas rak gigi

Sekunder:rak roda gigi pengerasan induksi, roda gigi kedalaman pengerasan kotak, kekerasan rak HRC

Deskripsi meta:Angka kekerasan sebenarnya dan kedalaman wadah untuk rak yang dikeraskan secara induksi, dikarburasi, dan dinitridasi - ditambah alasan pengerasan merusak keakuratan dan apa yang dikatakan penelitian tentang kedalaman wadah yang optimal.

Ada nomor kekerasan pada gambar rak Anda. Dari mana asalnya?

Menurut pengalaman kami, sekitar separuh waktu gambar itu disalin dari gambar sebelumnya, dan tidak ada yang ingat alasannya. Separuh lainnya dipilih karena lebih tinggi kedengarannya lebih aman. Keduanya bukanlah alasan yang baik, dan keduanya dapat merugikan Anda baik uang maupun kegagalan.

Perlakuan panas pada rak roda gigi merupakan serangkaian keseimbangan-antara kekerasan permukaan, ketangguhan inti, kedalaman casing, distorsi, dan harga. Jika keseimbangannya salah, maka Anda akan membuat bagian sayap menjadi aus atau gigi patah. Inilah yang sebenarnya didukung oleh data yang dipublikasikan.

Pengerasan induksi - pekerja keras

Pengerasan induksi mengalirkan-arus frekuensi tinggi melalui kumparan di sekitar area gigi, hanya memanaskan lapisan permukaan, lalu memadamkannya. Inti tidak pernah mencapai suhu austenisasi, sehingga tetap keras.

Gambar 1. Rentang kekerasan permukaan dan kedalaman casing berdasarkan metode perawatan.

Kekerasan yang dapat dicapai, dari sumber yang diterbitkan:

Dua batasan keras mengatur apakah suatu material dapat dikeraskan dengan induksi atau tidak. Prosesnya membutuhkan baja dengankandungan karbon 0,30% atau lebih- di bawahnya tidak terdapat cukup karbon untuk membentuk martensit. Di bagian atas, karbon harus tetap di bawah sekitar 0,55%, dengan sulfur dan fosfor yang rendah, untuk mengurangi kemungkinan terjadinya quench cracking.

Batasan tersebut, 0,30% hingga 0,55% karbon, merupakan alasan mengapa S45C dan 42CrMo4 (SCM440) mendominasi produksi rak. Ini bukanlah tradisi; itu adalah metalurgi.

Ada satu batasan yang lebih penting dari yang diperkirakan orang: meskipun sisi dan ujung gigi mengeras dengan baik, akar gigi sering kali tidak mengeras.

Akar gigi adalah tempat dimulainya retakan karena kelelahan. Jika modus kegagalan Anda adalah kelelahan akar dan bukan keausan sayap, pengerasan induksi mungkin tidak menyelesaikan masalah yang Anda alami. Studi FZG menegaskan geometri ini secara langsung - untuk semua gigi yang diperkeras induksi-yang diuji, "kontur pengerasan paling tebal di sisi gigi dan paling rendah di area garis singgung 30 derajat ke fillet akar gigi."

Hukuman keakuratan tidak disebutkan siapa pun dalam kutipan

Pengerasan mendistorsi bagian tersebut. Pada rak yang panjang dan ramping, distorsi tersebut langsung menyebabkan kesalahan nada.

Ketika pengerasan induksi digunakan, keakuratan roda gigi berkurang karena regangan setelah pemanasan. Menggeretakkan gigi setelahnya diperlukan jika diperlukan ketelitian yang tinggi.

Besarnya efek terlihat pada cara rak dinilai berdasarkan proses:

Rak yang sama yang mengukur 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.

Itu adalah faktor akurasi empat hingga delapan, yang diperoleh melalui operasi penyelesaian. Cara melakukannya: "Bahan berlebih tertinggal selama penggilingan gigi sehingga dapat digiling setelah pengerasan."

Jadi spesifikasi sebenarnya bukanlah "pengerasan induksi". Ini adalah "pengerasan induksidan digiling setelah pengerasan." Jika gambar Anda mengatakan yang pertama dan aplikasi Anda membutuhkan yang terakhir, Anda akan kecewa dengan rak yang secara teknis memenuhi persyaratan.

Salah satu konsekuensi praktis yang perlu diketahui sebelum Anda merencanakan pemesinan: operasi sekunder biasanya dapat dilakukan pada rak dalam kondisi apa pun kecuali gigi yang mengeras-induksi. Bor lubang pemasangan Anda sebelum mengeras, bukan setelahnya.

Karburasi - saat Anda membutuhkan hard case dan inti yang kuat

Karburasi menyebarkan karbon ke permukaan-baja karbon rendah, lalu padam. Anda akan mendapatkan-hard case karbon tinggi dengan inti-kuat karbon rendah.

Praktik karburasi standar untuk produksi roda gigi dan rak.

Untuk 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), salah satu nilai pengerasan kasus-standar Eropa, angka yang dipublikasikan setelah karburasi dan pendinginan yang tepat (Baja Otai):

Kekerasan permukaan:58–62 HRC

Kedalaman kasus efektif:tipikal 0,6–1,2 mm

Kekerasan inti:28–35 HRC

Kekuatan tarik inti (kondisi pengerasan kotak): 850–1000 MPa, hasil ~550 MPa

Angka kekerasan inti adalah inti dari keseluruhan latihan. Pada 28–35 HRC, inti masih menyerap guncangan dan tahan terhadap perambatan retak, sedangkan casing 58–62 HRC tahan terhadap lubang dan keausan. Rak-yang diperkeras pada suhu 55 HRC tidak memiliki cadangan seperti itu - rak tersebut keras seluruhnya dan juga rapuh.

Karburasi membutuhkan biaya lebih besar, lebih lama, dan lebih terdistorsi dibandingkan pengerasan induksi. Tentukan bila tegangan kontak benar-benar tinggi dan terdapat beban kejut.

Seberapa dalamkah kasus ini? Penelitian ini memiliki sejumlah

Di sinilah sebagian besar spesifikasi hanyalah tebakan, jadi ada baiknya mengutip penelitian sebenarnya.

Gambar 2. Kekuatan lentur akar turun ketika kedalaman kasus melebihi 0,25 x modul (data penelitian FZG/TU Munchen).

Sebuah studi oleh FZG di TU München (FVA 660 II, diterbitkan melalui AGMA 22FTM14) menguji roda gigi 42CrMo4 pada modul normal 14 mm dan 20 mm dengan pengerasan induksi celah-demi-celah, mengukur kekuatan tekuk akar gigi terhadap kedalaman pengerasan permukaan (SHD400, kedalaman hingga batas 400 HV1).

Temuan, dikutip langsung:

"tampaknya ada SHD400 yang optimal dalam kisaran 0,15 hingga 0,25 × m_n."

“Kekuatan tekuk akar gigi varian dengan SHD 0,35×m_n hanya mencapai 80 persen kekuatan tekuk akar gigi varian dengan SHD lebih rendah.”

Lebih dalam lebih buruk. Casing dengan modul 0,35 × kehilangan seperlima kekuatan lentur akarnya dibandingkan dengan modul 0,15–0,25 ×.

Mekanismenya adalah tegangan sisa. Casing yang diperkeras secara dangkal meninggalkan permukaan dalam kondisi kompresi, yang menekan timbulnya retakan. Dorong casing terlalu dalam maka lapisan tekan akan melemah dan zona transisi berpindah ke wilayah dengan tegangan lentur yang tinggi.

Praktisnya, untuk rak modul 4, kisarannya adalah 0,6 hingga 1,0 mm. Untuk modul 8, 1,2 hingga 2,0 mm. Kondisi yang direkomendasikan penelitian ini, untuk ukuran roda gigi m_n=14 hingga 20 mm: SHD400 pada 0,15–0,25 × m_n, kira-kira sama pada sisi kiri dan kanan, kekerasan permukaan 650–750 HV, tidak ada retakan pengerasan.

Gambar terkait dari studi yang sama perlu diketahui jika Anda memiliki penerapan kritis-kelelahan: varian tembakan-ledakan mencapai angka tegangan lentur nominal hampir 600 N/mm², sekitar 30 persen lebih tinggi dibandingkan referensi tanpa peledakan, dan lebih tinggi dibandingkan perbandingan-pengerasan kasus. Shot peening menginduksi tegangan sisa tekan dan berhasil.

Sebaliknya, ISO 6336-5 menilai-roda gigi yang diperkeras sekitar 20 persen di bawah case-roda gigi yang diperkeras untuk tegangan maksimum yang diijinkan. Karburasi masih unggul dalam hal kemampuan mentah - pengerasan induksi ditambah shot peening hanya menutup kesenjangan dengan biaya lebih rendah.

Nitridasi - keras, tipis, dan hampir tidak terdistorsi

Nitridasi biasanya mendifusikan nitrogen ke permukaan pada suhu rendah520 derajat (bodycote). Tanpa quench, tanpa transformasi fasa, distorsi minimal.

Lapisan ini memiliki dua zona: lapisan majemuk "putih" yang memberikan "ketahanan tinggi terhadap keausan, lecet, lecet, dan kejang", dan lapisan difusi di bawahnya memberikan "kekuatan lelah yang lebih baik" dan menopang lapisan majemuk.

Dua kendala menentukan apakah nitridasi tersedia untuk Anda:

Bahan.Ini "paling efektif bila diterapkan pada berbagai jenis baja yang mengandung-elemen pembentuk nitrida seperti kromium, molibdenum, vanadium, dan aluminium." Semua bahan besi dapat berupa gas nitridasi hingga 5% kromium; di atas itu, nitridasi plasma. Yang penting, untuk baja karbon biasa: "Karena kurangnya elemen paduan, baja AISI 1045 tidak merespons proses nitridasi" (AZoM). Jika rak Anda adalah C45, nitridasi bukanlah suatu pilihan.

Kedalaman kasus.Casing nitridasinya tipis. Untuk 38CrMoAl, tingkat spesifik-nitridasi, angka yang dipublikasikan adalah 900–1100 HV (~65–70 HRC) dengan kasus hanya0,3–0,6mm.

Kasus tipis itulah yang menjadi batasannya. Di bawah tekanan kontak Hertzian yang berat, lapisan keras tipis di atas substrat yang lebih lunak dapat mengalami kerusakan besar - lapisan tersebut runtuh ke dalam inti di bawahnya. Nitridasi cocok untuk rak yang didominasi oleh keausan dan kerusakan serta tegangan kontak sedang, dan distorsi harus minimal karena rak sudah selesai-dilapisi tanah.

Bahan harus dikeraskan dan ditempa sebelum dinitridasi untuk hasil optimal.

Memilih

Pertanyaan Umum

Apakah 60 HRC lebih baik daripada 50 HRC di rak?

Tidak secara otomatis. Kekerasan yang lebih tinggi berarti ketahanan aus yang lebih baik dan ketangguhan yang lebih buruk. Rak 60 HRC dalam aplikasi bermuatan kejut akan membuat rak 50 HRC dapat bertahan. Cocokkan kekerasan dengan mode kegagalan yang Anda rencanakan.

Bisakah saya mengeraskan rak C45 secara induksi setelah mengerjakan lubang pemasangan?

Bisa, tapi distorsi mempengaruhi posisi dan kerataan lubang serta jarak gigi. Praktik standarnya adalah menghindari pengoperasian sekunder pada-rak yang diperkeras induksi. Mesin dulu, keraskan kedua.

Mengapa rak saya yang sudah mengeras mempunyai konsistensi serangan balik yang lebih buruk daripada rak lunak yang digantikannya?

Hampir pasti terjadi distorsi pengerasan jika gigi tidak digerinda setelahnya. Kesalahan pitch yang dipublikasikan untuk rak induksi-non-tanah yang diperkeras adalah sekitar ±0,200 mm/m dibandingkan ±0,150 mm/m untuk rak lunak - rak yang diperkeras sebenarnya kurang akurat.

Berapakah kekerasan pinion dibandingkan dengan rak?

Sama atau lebih sulit. Karena pinion mengalami siklus paling banyak, kelas kekerasan dan kualitasnya harus selalu sama atau melebihi rak. Pinion menghasilkan banyak putaran per meter perjalanan rak, sehingga mengumpulkan siklus kontak jauh lebih cepat.

Apakah kedalaman kasus yang lebih dalam selalu berarti umur yang lebih panjang?

Tidak, dan data FZG jelas: pada modul 0,35 ×, kekuatan lentur akar turun hingga 80% dari nilai pada modul 0,15–0,25 ×. -Menentukan kedalaman kasus secara berlebihan memerlukan biaya dan mengurangi kekuatan.

Teknologi Transmisi OuNaiDa Tianjin mengoperasikan peralatan pengerasan dan penggilingan gigi di-rak rumah dan perlengkapan dalam tingkat pengerasan S45C, 42CrMo4 dan case-. Beri tahu kami bebannya, karakteristik guncangan, dan target akurasinya, dan kami akan merekomendasikan perawatannya daripada hanya mengutip kekerasan yang Anda minta.

Rak yang diperkeras induksi, modul M5 hingga M8