Endurit per inducció, carburat o nitrurat? Escollir el tractament tèrmic per a bastidors d'engranatges

Tractament tèrmic i mòlta de precisió en producció

Paraula clau objectiu:tractament tèrmic de la cremallera

Secundària:cremallera endurida per inducció, engranatges de profunditat d'enduriment, duresa de cremallera HRC

Meta descripció:Xifres de duresa real i profunditats de caixa per a bastidors endurits per inducció, carburats i nitrurats - a més de per què l'enduriment arruïna la precisió i què diu la investigació sobre la profunditat òptima de la caixa.

Hi ha un número de duresa al dibuix del vostre bastidor. D'on ha sortit?

Segons la nostra experiència, aproximadament la meitat del temps es va copiar d'un dibuix anterior, i ningú recorda per què. L'altra meitat es va triar perquè més alt sonava més segur. Cap dels dos és un bon motiu, i tots dos poden costar diners o un bastidor fallit.

El tractament tèrmic d'una cremallera és un conjunt de compensacions-entre la duresa de la superfície, la duresa del nucli, la profunditat de la caixa, la distorsió i el preu. Equilibrar l'equilibri i desgastar els flancs o trencar les dents. Aquí teniu el que donen suport realment a les dades publicades.

Enduriment per inducció - el cavall de batalla

L'enduriment per inducció fa passar un corrent d'alta-freqüència a través d'una bobina al voltant de la zona de la dent, escalfant només la capa superficial i després l'extingeix. El nucli no arriba mai a la temperatura d'austenització, de manera que es manté resistent.

Figura 1. Intervals de duresa superficial i profunditats de caixa per mètode de tractament.

Duresa assolible, a partir de fonts publicades:

Dues restriccions dures governen si un material es pot endurir per inducció. El procés requereix acer ambcontingut de carboni del 0,30% o més- per sota simplement no hi ha prou carboni per formar martensita. A l'extrem superior, el carboni s'ha de mantenir per sota d'un 0,55%, amb baix contingut en sofre i fòsfor, per reduir les possibilitats d'esquerdes.

Aquesta finestra, del 0,30% al 0,55% de carboni, és precisament la raó per la qual S45C i 42CrMo4 (SCM440) dominen la producció de bastidors. No és tradició; és metal·lúrgia.

Una limitació importa més del que la gent espera: fins i tot quan el flanc i la punta de la dent s'endureixen correctament, l'arrel de la dent sovint no ho fa.

L'arrel de la dent és on comencen les esquerdes per fatiga de flexió. Si el vostre mode de fallada és la fatiga de l'arrel en lloc del desgast dels flancs, és possible que l'enduriment per inducció no resolgui el problema que teniu. L'estudi FZG confirma la geometria d'aquest - directament per a tots els engranatges endurits per inducció-provats, "el contorn d'enduriment és més gruixut als flancs de les dents i el més baix a la zona de la tangent de 30 graus al filet de l'arrel de la dent".

La penalització de precisió que ningú esmenta a la cita

L'enduriment distorsiona la peça. En un bastidor llarg i prim, aquesta distorsió es converteix directament en error de to.

Quan s'utilitza l'enduriment per inducció, la precisió de l'engranatge es redueix per la tensió després de l'escalfament. Si es vol una gran precisió, cal rectificar les dents després.

La mida de l'efecte és visible en com es classifiquen els bastidors per procés:

El mateix bastidor que mesura 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.

Això és un factor de quatre a vuit de precisió, recuperat mitjançant una operació d'acabat. La manera de fer-ho: "Durant el fresat de les dents es deixa material addicional perquè es puguin mòltar després de l'enduriment".

Per tant, l'especificació real no és "endurida per inducció". És "endurit per inducciói mòlt després de l'enduriment." Si el vostre dibuix diu el primer i la vostra aplicació necessita el segon, us decebrà un bastidor tècnicament compatible.

Una conseqüència pràctica que val la pena conèixer abans de planificar el mecanitzat: normalment es poden fer operacions secundàries en bastidors en qualsevol condició, excepte les dents endurides per inducció-. Perforeu els forats de muntatge abans d'endurir, no després.

Carburant - quan necessiteu un estoig dur i un nucli resistent

La carburació difon el carboni a la superfície d'un acer de baix-carboni i després s'extingeix. Acabeu amb una funda rígida d'alt-carboni sobre un nucli resistent de baix-carboni.

Pràctica estàndard de carburació per a la producció d'engranatges i cremalleres.

Per a 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), un dels graus d'enduriment estàndard europeus-, xifres publicades després d'una carburació i un tret adequats (Acer Otai):

Duresa superficial:58–62 HRC

Profunditat efectiva del cas:0,6-1,2 mm típic

Duresa del nucli:28–35 HRC

Resistència a la tracció del nucli (condició endurida): 850–1000 MPa, rendiment ~ 550 MPa

La xifra de la duresa del nucli és el punt de tot l'exercici. A 28–35 HRC, el nucli encara absorbeix els xocs i resisteix la propagació de les esquerdes, mentre que la carcassa de 58–62 HRC resisteix el picat i el desgast. Un bastidor endurit-a 55 HRC no té aquesta reserva - és dur fins i tot i, per tant, fràgil.

La carburació costa més, triga més i distorsiona més que l'enduriment per inducció. Especifiqueu-lo quan l'estrès de contacte sigui realment alt i hi hagi una càrrega de xoc.

Quina profunditat hauria de ser el cas? La investigació té un número

Aquí és on la majoria de les especificacions són conjectures, per la qual cosa val la pena citar la investigació real.

Figura 2. La resistència a la flexió de l'arrel cau quan la profunditat del cas supera 0,25 x mòdul (dades de recerca de FZG / TU Munchen).

Un estudi realitzat per FZG a TU München (FVA 660 II, publicat a través de AGMA 22FTM14) va provar engranatges 42CrMo4 en mòduls normals de 14 mm i 20 mm amb buit-per{-enduriment per inducció de buit, mesurant la força de flexió de l'arrel de la dent contra la profunditat de la superfície (SHD4000). límit HV1).

Resultats, citats directament:

"Sembla que hi ha un SHD400 òptim en el rang de 0,15 a 0,25 × m_n".

"La força de flexió de l'arrel de la dent de la variant amb un SHD de 0,35 × m_n arriba només al 80 per cent de la força de flexió de l'arrel de la dent de les variants amb un SHD més baix".

Més profund és pitjor. Un cas a 0,35 × mòdul perd una cinquena part de la seva força de flexió de l'arrel en comparació amb 0,15–0,25 × mòdul.

El mecanisme és l'estrès residual. Una caixa endurida poc profunda deixa la superfície en compressió, la qual cosa suprimeix l'inici de l'esquerda. Empenyeu la caixa massa profundament i la capa de compressió es debilita i la zona de transició es mou a una regió d'alta tensió de flexió.

Pràcticament, per a un bastidor mòdul 4, aquest rang és de 0,6 a 1,0 mm. Per al mòdul 8, d'1,2 a 2,0 mm. Condicions recomanades per l'estudi, per a mides d'engranatges m_n=14 a 20 mm: SHD400 a 0,15–0,25 × m_n, aproximadament iguals als flancs esquerre i dret, duresa superficial 650–750 HV, sense esquerdes d'enduriment.

Val la pena saber una xifra relacionada del mateix estudi si teniu una -aplicació crítica per a la fatiga: la variant-granada va assolir un nombre d'esforç de flexió nominal de gairebé 600 N/mm², aproximadament un 30 per cent més que la referència sense granallament i superior a la comparació-endurida. El granallat indueix estrès residual de compressió i funciona.

En comparació amb això, la norma ISO 6336-5 classifica els engranatges endurits a la superfície-un 20% per sota dels engranatges endurits-per a la màxima tensió permesa. La carburació encara guanya la capacitat bruta: l'enduriment per inducció i el granallat només tanca la bretxa a un cost més baix.

Nitruració - dura, fina i amb prou feines distorsionada

La nitruració difon nitrogen a la superfície a baixa temperatura, normalment520 graus (Bodycote). Sense extinció, sense transformació de fase, distorsió mínima.

La capa té dues zones: una capa composta "blanca" que proporciona "alta resistència al desgast, esgarrapades, enganxament i grip" i una capa de difusió a sota que proporciona "una resistència a la fatiga millorada" i suporta la capa composta.

Dues limitacions decideixen si la nitruració està disponible per a vostè:

Material.És "més eficaç quan s'aplica a la gamma d'acers que contenen elements-formadors de nitrur com ara crom, molibdè, vanadi i alumini". Tots els materials fèrrics poden ser nitrurats per gas fins a un 5% de crom; per sobre d'això, nitruració per plasma. Críticament, per a l'acer al carboni pla: "A causa de la seva manca d'elements d'aliatge, l'acer AISI 1045 no respon al procés de nitruració" (AZoM). Si el vostre bastidor és C45, la nitruració no és una opció.

Profunditat del cas.Els estoigs nitrurats són prims. Per al 38CrMoAl, un grau específic de nitruració-, les xifres publicades són 900–1100 HV (~65–70 HRC) amb un cas de només0,3-0,6 mm.

Aquest cas prim és la limitació. Sota una gran tensió de contacte hertziana, una capa dura i fina sobre un substrat més tou pot patir un aixafament de cas - la capa s'enfonsa al nucli que hi ha sota. La nitruració s'adapta a bastidors on el desgast i la irritació dominen i la tensió de contacte és moderada, i on la distorsió ha de ser mínima perquè el bastidor ja està acabat-.

El material s'ha d'endurir i temperar abans de la nitruració per obtenir uns resultats òptims.

Triant

Preguntes freqüents

És millor 60 HRC que 50 HRC en un bastidor?

No automàticament. Una duresa més alta significa una millor resistència al desgast i una pitjor duresa. Un bastidor de 60 HRC en una aplicació-carregada de xoc farà que un bastidor de 50 HRC sobreviuria. Relaciona la duresa amb el mode de fallada contra el qual estàs dissenyant.

Puc endurir per inducció un bastidor C45 després de mecanitzar els forats de muntatge?

Podeu, però la distorsió afecta la posició del forat i la planitud, així com el pas de les dents. La pràctica estàndard és evitar operacions secundàries en bastidors endurits per inducció-. Primer a màquina, segon endurir.

Per què el meu bastidor endurit té pitjor consistència de joc que el tou que va substituir?

Gairebé segur que s'endureix la distorsió, si les dents no es van mòlta després. L'error de pas publicat per a bastidors d'inducció-no-endurits a terra és d'uns ±0,200 mm/m enfront de ±0,150 mm/m per a un bastidor tou -, el bastidor endurit és realment menys precís.

Quina duresa ha de tenir el pinyó en relació amb la cremallera?

Igual o més difícil. Com que el pinyó veu més cicles, la seva duresa i classe de qualitat sempre han d'igual o superar la de la cremallera. El pinyó fa moltes revolucions per metre de recorregut de la cremallera, de manera que acumula cicles de contacte molt més ràpidament.

Una profunditat més profunda del cas sempre significa una vida més llarga?

No, i les dades FZG són explícites: a 0,35 × mòdul, la força de flexió de l'arrel cau fins al 80% del valor a 0,15–0,25 × mòdul. Sobre-especificar la profunditat del cas costa diners i redueix la força.

Tianjin OuNaiDa Transmissions Technology opera equips d'enduriment i mòlta de dents a casa-i subministra bastidors en graus S45C, 42CrMo4 i d'enduriment-. Digueu-nos la càrrega, les característiques de xoc i l'objectiu de precisió, i us recomanarem el tractament en lloc de citar només la duresa que heu demanat.

Bastidors endurits per inducció, mòduls M5 a M8