Induksjonsherdet, karburert eller nitreret? Velge varmebehandling for tannstang

Varmebehandling og presisjonssliping i produksjon

Mål søkeord:varmebehandling av girstativ

Sekundær:induksjonsherdet tannstang, kasseherdende dybdegir, tannstanghardhet HRC

Metabeskrivelse:Ekte hardhetstall og kassedybder for induksjonsherdede, karburerte og nitrerte stativer - pluss hvorfor herding ødelegger nøyaktigheten og hva forskningen sier om optimal kassedybde.

Det er et hardhetsnummer på stativtegningen din. Hvor kom det fra?

Vår erfaring er at omtrent halvparten av tiden ble kopiert fra en tidligere tegning, og ingen husker hvorfor. Den andre halvparten ble plukket fordi høyere hørtes tryggere ut. Ingen av dem er en god grunn, og begge kan koste deg enten penger eller et mislykket stativ.

Varmebehandling på en tannstang er et sett med avveininger-mellom overflatehardhet, kjerneseighet, kassedybde, forvrengning og pris. Få feil balanse og enten sliter du ut flankene eller sprekker tennene av. Her er hva de publiserte dataene faktisk støtter.

Induksjonsherding - arbeidshesten

Induksjonsherding fører en-høyfrekvent strøm gjennom en spole rundt tannområdet, varmer bare overflatelaget og slukker det. Kjernen når aldri austenitiserende temperatur, så den forblir seig.

Figur 1. Overflatehardhetsområder og kassedybder etter behandlingsmetode.

Oppnåelig hardhet, fra publiserte kilder:

To harde begrensninger styrer om et materiale i det hele tatt kan induksjonsherdes. Prosessen krever stål medkarboninnhold på 0,30 % eller mer- nedenfor at det ganske enkelt ikke er nok karbon til å danne martensitt. I den øvre enden bør karbon holde seg under ca. 0,55 %, med lavt svovel- og fosforinnhold, for å redusere sjansen for quench cracking.

Dette vinduet, 0,30 % til 0,55 % karbon, er nettopp grunnen til at S45C og 42CrMo4 (SCM440) dominerer rackproduksjon. Det er ikke tradisjon; det er metallurgi.

En begrensning betyr mer enn folk forventer: selv når tannflanken og tuppen stivner skikkelig, gjør tannroten det ofte ikke.

Tannroten er der bøyeutmattelsessprekker starter. Hvis feilmodusen er rottretthet i stedet for flankeslitasje, kan det hende at induksjonsherding ikke løser problemet du har. FZG-studien bekrefter geometrien til dette direkte - for alle testede induksjons-herdede tannhjul, "herdekonturen er tykkest ved tannflankene og lavest i området med 30 graders tangent til tannrotfileten."

Nøyaktighetsstraffen ingen nevner i sitatet

Herding forvrenger delen. På et langt slankt stativ går den forvrengningen rett inn i tonehøydefeil.

Når induksjonsherding brukes, reduseres girnøyaktigheten ved belastning etter oppvarming. Sliping av tennene etterpå er nødvendig dersom høy nøyaktighet ønskes.

Størrelsen på effekten er synlig i hvordan stativer er gradert etter prosess:

Det samme stativet som 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 åtte i nøyaktighet, gjenvunnet ved en etterbehandlingsoperasjon. Måten det gjøres på: "Ekstra materiale blir igjen under fresingen av tennene slik at de kan slipes etter herding."

Så den virkelige spesifikasjonen er ikke "induksjonsherdet." Den er "induksjonsherdetog slipt etter herding." Hvis tegningen din sier det første og søknaden din trenger det siste, vil du bli skuffet over et stativ som er teknisk kompatibelt.

En praktisk konsekvens som er verdt å vite før du planlegger maskinering: sekundære operasjoner er vanligvis mulig på stativer i alle forhold bortsett fra induksjons-herdede tenner. Bor monteringshull før herding, ikke etter.

Forgasser - når du trenger en hard kasse og en tøff kjerne

Karburering diffunderer karbon inn i overflaten av et lav-karbonstål, og bråkjøles deretter. Du ender opp med en høy-karbonhard kasse over en tøff kjerne med lite-karbon.

Standard karbureringspraksis for produksjon av gir og stativ.

For 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), en av de standard europeiske herdekvalitetene-, publiserte tall etter riktig karburering og bråkjøling (Otai stål):

Overflatehardhet:58–62 HRC

Effektiv saksdybde:0,6–1,2 mm typisk

Kjernehardhet:28–35 HRC

Kjernestrekkfasthet (husherdet tilstand): 850–1000 MPa, utbytte ~550 MPa

Kjernehardhetstallet er poenget med hele øvelsen. Ved 28–35 HRC absorberer kjernen fortsatt støt og motstår sprekkforplantning, mens 58–62 HRC-dekselet motstår gropdannelse og slitasje. Et gjennom-herdet stativ ved 55 HRC har ingen slik reserve - det er hardt hele veien og tilsvarende sprøtt.

Karburering koster mer, tar lengre tid og forvrenger mer enn induksjonsherding. Spesifiser det når kontaktbelastningen er virkelig høy og sjokkbelastning er tilstede.

Hvor dyp skal saken være? Forskningen har et nummer

Det er her de fleste spesifikasjonene er gjetninger, så det er verdt å sitere faktisk forskning.

Figur 2. Rotbøyningsstyrken faller når kassedybden overstiger 0,25 x modul (FZG / TU Munchen forskningsdata).

En studie av FZG ved TU München (FVA 660 II, publisert via AGMA 22FTM14) testet 42CrMo4 gir ved normale moduler på 14 mm og 20 mm med gap-ved-gap induksjonsherding, måling av tannrots bøyestyrke mot overflateherdingsdybden 1404HV00 grensen (SHD00000).

Funn, sitert direkte:

"det ser ut til å være en optimal SHD400 i området 0,15 til 0,25 × m_n."

"Tannrotbøyestyrken til varianten med en SHD på 0,35 × m_n når bare 80 prosent av tannrotbøyestyrken til variantene med lavere SHD."

Dypere er verre. En sak på 0,35 × modul mister en femtedel av rotbøyestyrken sammenlignet med 0,15–0,25 × modul.

Mekanismen er restspenning. En grunn herdet kasse etterlater overflaten i kompresjon, noe som undertrykker sprekkinitiering. Skyv dekselet for dypt og det komprimerende laget svekkes og overgangssonen beveger seg inn i et område med høy bøyespenning.

Praktisk talt, for et modul 4-stativ, er dette området 0,6 til 1,0 mm. For modul 8, 1,2 til 2,0 mm. Studiens anbefalte forhold, for girstørrelser m_n=14 til 20 mm: SHD400 ved 0,15–0,25 × m_n, omtrent like på venstre og høyre flanke, overflatehardhet 650–750 HV, ingen herdesprekker.

En beslektet figur fra den samme studien er verdt å vite hvis du har en-kritisk applikasjon: den skudd-sprengte varianten nådde en nominell bøyespenning på nesten 600 N/mm², omtrent 30 prosent høyere enn den usprengte referansen, og høyere enn tilfellet-herdet sammenligning. Shot peening induserer gjenværende trykkspenning og det fungerer.

I forhold til det, ISO 6336-5 grader overflate-herdede tannhjul omtrent 20 prosent under tilfellet-herdede gir for maksimal tillatt spenning. Karburering vinner fortsatt på rå kapasitet - induksjonsherding pluss kuleblåsing lukker bare gapet til lavere pris.

Nitrering - hardt, tynt og knapt forvrengt

Nitrering diffunderer nitrogen inn i overflaten ved lav temperatur, typisk520 grader (Bodycote). Ingen quench, ingen fasetransformasjon, minimal forvrengning.

Laget har to soner: et sammensatt "hvitt" lag som gir "høy motstand mot slitasje, riper, gnaging og kramper," og et diffusjonslag under som gir "forbedret utmattelsesstyrke" og støtter det sammensatte laget.

To begrensninger avgjør om nitrering er tilgjengelig for deg:

Materiale.Den er "mest effektiv når den brukes på utvalget av stål som inneholder nitriddannende-elementer som krom, molybden, vanadium og aluminium." Alle jernholdige materialer kan gassnitreres opp til 5 % krom; over det plasmanitrering. Kritisk, for vanlig karbonstål: "På grunn av mangelen på legeringselementer, reagerer ikke AISI 1045 stål på nitreringsprosessen" (AZoM). Hvis stativet ditt er C45, er ikke nitrering et alternativ.

Saksdybde.Nitrerede tilfeller er tynne. For 38CrMoAl, en nitrerings-spesifikk karakter, er publiserte tall 900–1100 HV (~65–70 HRC) med et tilfelle på kun0,3–0,6 mm.

Det tynne tilfellet er begrensningen. Under kraftig Hertzian-kontaktspenning kan et tynt, hardt lag over et mykere underlag bli knust - laget kollapser inn i kjernen under det. Nitreringsdresser hvor slitasje og gnaging dominerer og kontaktbelastningen er moderat, og hvor forvrengningen må være minimal fordi stativet allerede er ferdig-slipt.

Materialet må herdes og tempereres før nitrering for optimalt resultat.

Velger

FAQ

Er 60 HRC bedre enn 50 HRC på et stativ?

Ikke automatisk. Høyere hardhet betyr bedre slitestyrke og dårligere seighet. Et 60 HRC-stativ i en støtbelastet-applikasjon vil hakke tenner som et 50 HRC-stativ ville overleve. Tilpass hardheten til feilmodusen du designer mot.

Kan jeg induksjonsherde et C45-stativ etter å ha bearbeidet monteringshullene?

Du kan, men forvrengning påvirker hullposisjon og flathet samt tannstigning. Standard praksis er å unngå sekundære operasjoner på induksjons-herdede stativer. Maskin først, herd deretter.

Hvorfor har mitt herdede stativ dårligere tilbakeslagskonsistens enn den myke den erstattet?

Nesten sikkert herding forvrengning, hvis tennene ikke ble slipt etterpå. Den publiserte pitch-feilen for induksjons-herdede ikke-slipte stativer er rundt ±0,200 mm/m mot ±0,150 mm/m for et mykt stativ - det herdede stativet er virkelig mindre nøyaktig.

Hvilken hardhet skal tannhjulet være i forhold til tannstangen?

Like eller hardere. Fordi tannhjulet ser flest sykluser, bør dets hardhet og kvalitetsklasse alltid være lik eller overgå tannstangen. Tannhjulet gjør mange omdreininger per meter med tannstangvandring, så det samler opp kontaktsykluser langt raskere.

Betyr dypere saksdybde alltid lengre levetid?

Nei, og FZG-dataene er eksplisitte: ved 0,35 × modul synker rotbøyestyrken til 80 % av verdien ved 0,15–0,25 × modul. Over-å spesifisere saksdybde koster penger og reduserer styrke.

Tianjin OuNaiDa Transmissions Technology driver tannherde- og slipeutstyr i-hus og forsyningsstativer i S45C, 42CrMo4 og kasse-herdekvaliteter. Fortell oss belastningen, sjokkegenskapene og nøyaktighetsmålet, så vil vi anbefale behandlingen i stedet for bare å oppgi hardheten du ba om.

Induksjonsherdede stativer, moduler M5 til M8