Induktionshærdet, opkullet eller nitreret? Valg af varmebehandling til gearstativ

Varmebehandling og præcisionsslibning i produktionen

Målsøgeord:varmebehandling af gearstang

Sekundær:induktionshærdet tandstang, kassehærdende dybdegear, tandstangshårdhed HRC

Meta beskrivelse:Reelle hårdhedstal og kassedybder for induktionshærdede, karburerede og nitrerede stativer - plus hvorfor hærdning ødelægger nøjagtigheden, og hvad forskningen siger om optimal kassedybde.

Der er et hårdhedsnummer på din stativtegning. Hvor kom det fra?

Vores erfaring er, at omkring halvdelen af ​​tiden blev kopieret fra en tidligere tegning, og ingen kan huske hvorfor. Den anden halvdel blev valgt, fordi højere lød sikrere. Det er heller ikke en god grund, og begge dele kan koste dig enten penge eller et mislykket stativ.

Varmebehandling på en tandstang er et sæt af afvejninger- mellem overfladehårdhed, kernesejhed, kassedybde, forvrængning og pris. Får balancen forkert, så slider du enten flankerne eller slår tænderne af. Her er, hvad de offentliggjorte data faktisk understøtter.

Induktionshærdning - arbejdshesten

Induktionshærdning fører en-højfrekvent strøm gennem en spole rundt om tandområdet, opvarmer kun overfladelaget og slukker det derefter. Kernen når aldrig austenitiseringstemperatur, så den forbliver sej.

Figur 1. Overfladehårdhedsintervaller og kassedybder efter behandlingsmetode.

Opnåelig hårdhed, fra publicerede kilder:

To hårde begrænsninger styrer, om et materiale overhovedet kan induktionshærdes. Processen kræver stål medkulstofindhold på 0,30 % eller mere- nedenfor, at der simpelthen ikke er nok kulstof til at danne martensit. I den øverste ende bør kulstof forblive under omkring 0,55%, med lavt svovl- og fosforindhold, for at reducere risikoen for quench cracking.

Det vindue, 0,30 % til 0,55 % kulstof, er netop grunden til, at S45C og 42CrMo4 (SCM440) dominerer rackproduktion. Det er ikke tradition; det er metallurgi.

En begrænsning betyder mere, end folk forventer: Selv når tandflanken og spidsen hærder ordentligt, gør tandroden det ofte ikke.

Tandroden er der, hvor bøjningstræthedsrevner starter. Hvis din fejltilstand er rodtræthed snarere end flankeslid, løser induktionshærdning muligvis ikke det problem, du har. FZG-undersøgelsen bekræfter geometrien af ​​dette direkte - for alle testede induktions-hærdede tandhjul, "hærdningskonturen er tykkest ved tandflankerne og lavest i området af 30 graders tangenten til tandrodsfileten."

Nøjagtighedsstraffen nævner ingen i citatet

Hærdning forvrænger delen. På et langt slankt stativ går den forvrængning direkte ind i tonehøjdefejl.

Når der anvendes induktionshærdning, reduceres gearets nøjagtighed ved belastning efter opvarmning. Slibning af tænderne efterfølgende er påkrævet, hvis høj nøjagtighed ønskes.

Størrelsen af ​​effekten er synlig i, hvordan stativer er klassificeret efter proces:

Det samme stativ, der måler 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.

Det er en faktor på fire til otte i nøjagtighed, genvundet ved en afsluttende operation. Måden det gøres på: "Der efterlades ekstra materiale under fræsningen af ​​tænderne, så de kan slibes efter hærdning."

Så den rigtige specifikation er ikke "induktionshærdet". Det er "induktionshærdetog formalet efter hærdning." Hvis din tegning siger det første, og din applikation har brug for det sidste, vil du blive skuffet over et rack, der er teknisk kompatibelt.

En praktisk konsekvens, der er værd at kende, før du planlægger bearbejdning: Sekundære operationer er normalt mulige på stativer i enhver tilstand undtagen induktions-hærdede tænder. Bor dine monteringshuller før hærdning, ikke efter.

Karburering -, når du har brug for en hård sag og en hård kerne

Karburering diffunderer kulstof ind i overfladen af ​​et stål med lavt-kulstofindhold og slukker derefter. Du ender med en hård-kulstofkasse over en hård-kerne med lavt kulstofindhold.

Standard karbureringspraksis for gear- og reolproduktion.

For 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), en af ​​de europæiske standardhærdningskvaliteter-, publicerede tal efter korrekt karburering og bratkøling (Otai stål):

Overflade hårdhed:58–62 HRC

Effektiv sagsdybde:0,6–1,2 mm typisk

Kerne hårdhed:28-35 HRC

Kernetrækstyrke (hushærdet tilstand): 850-1000 MPa, udbytte ~550 MPa

Kernehårdhedstallet er pointen med hele øvelsen. Ved 28–35 HRC absorberer kernen stadig stød og modstår revneudbredelse, mens 58–62 HRC kabinettet modstår pitting og slid. Et gennemgående-hærdet stativ ved 55 HRC har ingen sådan reserve - det er hårdt hele vejen igennem og tilsvarende skørt.

Karburering koster mere, tager længere tid og forvrænger mere end induktionshærdning. Angiv det, når kontaktbelastningen er virkelig høj, og der er stødbelastning.

Hvor dyb skal sagen være? Forskningen har et nummer

Det er her de fleste specifikationer er gæt, så det er værd at citere faktisk forskning.

Figur 2. Rodbøjningsstyrken falder, når sagsdybden overstiger 0,25 x modul (FZG / TU Munchen forskningsdata).

En undersøgelse foretaget af FZG ved TU München (FVA 660 II, offentliggjort via AGMA 22FTM14) testede 42CrMo4-gear ved normale moduler på 14 mm og 20 mm med spalte-ved-gap-induktionshærdning, måling af tandrodsbøjningsstyrke mod overfladehærdningsdybde til grænsen (SHD04HV00, 4D04HV00).

Resultater, direkte citeret:

"der ser ud til at være en optimal SHD400 i området fra 0,15 til 0,25 × m_n."

"Tandrodsbøjningsstyrken for varianten med en SHD på 0,35 × m_n når kun 80 procent af tandrodsbøjningsstyrken for varianterne med lavere SHD."

Dybere er værre. En sag på 0,35 × modul mister en femtedel af sin rodbøjningsstyrke sammenlignet med 0,15-0,25 × modul.

Mekanismen er restspænding. Et lavt hærdet kabinet efterlader overfladen i kompression, hvilket undertrykker revneinitiering. Skub kabinettet for dybt, og kompressionslaget svækkes, og overgangszonen bevæger sig ind i et område med høj bøjningsspænding.

Praktisk talt for et modul 4-rack er dette område 0,6 til 1,0 mm. For modul 8, 1,2 til 2,0 mm. Undersøgelsens anbefalede betingelser for gearstørrelser m_n=14 til 20 mm: SHD400 ved 0,15–0,25 × m_n, nogenlunde ens på venstre og højre flanker, overfladehårdhed 650–750 HV, ingen hærdende revner.

En relateret figur fra samme undersøgelse er værd at vide, hvis du har en{0}}kritisk udmattelsesapplikation: den sprængte-variant nåede en nominel bøjningsspænding på næsten 600 N/mm², omkring 30 procent højere end den ublæste reference og højere end tilfældet-hærdet sammenligning. Shot peening inducerer kompressionsrestspænding, og det virker.

I forhold til det, vurderer ISO 6336-5 overflade-hærdede tandhjul omkring 20 procent under tilfældet-hærdede gear for maksimal tilladt belastning. Karburering vinder stadig på rå kapacitet - induktionshærdning plus shot pening lukker bare hullet til lavere omkostninger.

Nitrering - hårdt, tyndt og knapt forvrænget

Nitrering diffunderer typisk nitrogen ind i overfladen ved lav temperatur520 grader (Bodycote). Ingen quench, ingen fasetransformation, minimal forvrængning.

Laget har to zoner: et sammensat "hvidt" lag, der giver "høj modstandsdygtighed over for slid, skrammer, gnav og sammenfald," og et diffusionslag nedenunder, der giver "forbedret træthedsstyrke" og understøtter det sammensatte lag.

To begrænsninger afgør, om nitrering er tilgængelig for dig:

Materiale.Det er "mest effektivt, når det anvendes til rækken af ​​stål, der indeholder nitriddannende-elementer såsom chrom, molybdæn, vanadium og aluminium." Alle jernholdige materialer kan gasnitreres op til 5 % chrom; over det plasmanitrering. Kritisk for almindeligt kulstofstål: "På grund af dets mangel på legeringselementer reagerer AISI 1045 stål ikke på nitreringsprocessen" (AZoM). Hvis dit rack er C45, er nitrering ikke en mulighed.

Sags dybde.Nitrerede sager er tynde. For 38CrMoAl, en nitreringsspecifik-kvalitet, er offentliggjorte tal 900-1100 HV (~65-70 HRC) med et tilfælde på kun0,3-0,6 mm.

Det tynde tilfælde er begrænsningen. Under kraftig Hertzian-kontaktbelastning kan et tyndt, hårdt lag over et blødere underlag lide af, at sagen knuses - laget kollapser ind i kernen under det. Nitrering passer til stativer, hvor slid og gnidning dominerer, og kontaktbelastningen er moderat, og hvor forvrængning skal være minimal, fordi stativet allerede er færdigslebet.

Materialet skal hærdes og hærdes før nitrering for at opnå optimale resultater.

At vælge

FAQ

Er 60 HRC bedre end 50 HRC på et stativ?

Ikke automatisk. Højere hårdhed betyder bedre slidstyrke og dårligere sejhed. Et 60 HRC-stativ i et stødbelastet-program vil afbryde tænder, som et 50 HRC-stativ ville overleve. Match hårdhed til den fejltilstand, du designer imod.

Kan jeg induktionshærde et C45 rack efter bearbejdning af monteringshullerne?

Det kan du, men forvrængning påvirker hulposition og fladhed samt tandstigning. Standardpraksis er at undgå sekundære operationer på induktions-hærdede stativer. Maskine først, hærde derefter.

Hvorfor har mit hærdede stativ dårligere tilbageslagskonsistens end det bløde, det erstattede?

Næsten sikkert hærdende forvrængning, hvis tænderne ikke blev slebet bagefter. Den offentliggjorte pitch-fejl for induktions-hærdede ikke-slebne stativer er omkring ±0,200 mm/m mod ±0,150 mm/m for et blødt stativ - det hærdede stativ er virkelig mindre nøjagtigt.

Hvilken hårdhed skal tandhjulet være i forhold til tandstangen?

Lige eller sværere. Fordi tandhjulet ser flest cyklusser, bør dets hårdhed og kvalitetsklasse altid være lig med eller overstige tandstangens. Tandhjulet laver mange omdrejninger pr. meter tandstangsvandring, så det akkumulerer kontaktcyklusser langt hurtigere.

Betyder dybere sagsdybde altid længere levetid?

Nej, og FZG-dataene er eksplicitte: ved 0,35 × modul falder rodbøjningsstyrken til 80% af værdien ved 0,15-0,25 × modul. Over-angivelse af sagsdybde koster penge og reducerer styrke.

Tianjin OuNaiDa transmissionsteknologi driver tandhærdnings- og slibeudstyr i-hus og leverer stativer i S45C, 42CrMo4 og kasse-hærdningskvaliteter. Fortæl os belastningen, stødegenskaberne og nøjagtighedsmålet, og vi vil anbefale behandlingen i stedet for blot at citere den hårdhed, du bad om.

Induktionshærdede stativer, moduler M5 til M8