Quels sont les indicateurs techniques pour pièces de cémentation et de trempe?

La carburation et la trempe forment une couche de martensite à haute teneur en carbone à la surface de la pièce, qui présente une dureté élevée, une teneur élevée en carbure et une résistance élevée à l’usure. Le noyau est une structure de martensite à faible teneur en carbone, de sorte que la contrainte de compression de surface est importante. La ténacité globale est élevée. Ces caractéristiques rendent la carburation et la trempe largement utilisées dans les engrenages et autres pièces qui nécessitent une résistance élevée à l’usure, une résistance élevée à la fatigue et une résistance élevée à la fatigue de contact. La trempe par induction présente les caractéristiques d’un chauffage et d’un refroidissement rapides, ce qui augmente considérablement la taille des grains du matériau. Tout en obtenant une dureté ultra élevée, il obtient un indice de ténacité plus élevé, améliorant ainsi les performances des pièces.

1. Résistance à l’abrasion

Les pièces cémentées et trempées ont une résistance élevée à l’usure en raison de la dureté élevée et des carbures en surface. La trempe par induction peut obtenir une dureté élevée sous une faible teneur en carbone, et la résistance à l’usure est également liée à sa microstructure.

La trempe de carburation 20CrMnTiH3 et la trempe par induction de 45 aciers sont transformées en éprouvettes d’usure standard, avec une dureté de 62 ～ 62.5 HRC, testées sur une machine d’essai d’usure M-200, et les pièces d’usure sont trempées T10. Après 1.6 million de fois d’usure, l’échantillon carburé a perdu 4.0 mg et l’échantillon trempé par induction a perdu 2.1 mg. Quel est le mécanisme qui rend les éprouvettes trempées par induction plus résistantes à l’usure ? Cela vaut la peine d’être étudié.

2. Force

On pense généralement que la résistance est liée à la dureté, et la même dureté peut obtenir la même résistance. Pour des pièces spécifiques, quels autres paramètres y sont liés ? Nous avons testé les éprouvettes de traction standard en forme d’haltère constituées de cémentation et de trempe 20CrMnTiH3 et de trempe par induction en acier 45, 40CrH, 40MnBH. Le diamètre effectif de la pièce de l’échantillon était de 20 mm et les résistances à la traction mesurées étaient de 819 MPa, 1184 MPa, 1364 MPa. À 1369 MPa, la résistance de plusieurs échantillons d’acier au carbone moyen après trempe par induction est nettement supérieure à celle des pièces cémentées.

Les résultats des deux processus sont comparés. La surface de l’échantillon cémenté et trempé est une martensite à haute teneur en carbone, la couche cémentée est de 1.25 mm, la dureté est de 62-63HRC et le noyau est une martensite à faible teneur en carbone et la dureté est de 32HRC. La surface de l’échantillon durci par induction est une martensite à carbone moyen, la profondeur de la couche durcie est de 3.6 mm, la dureté est de 62HRC et le noyau est en sorbite trempé, la dureté est de 26HRC. On peut constater qu’il existe une grande différence dans la profondeur de la couche durcie en surface obtenue par les deux procédés de traitement, et le durcissement par induction peut obtenir une couche durcie plus profonde, obtenant ainsi une plus grande résistance de la pièce. Par conséquent, lorsque nous discutons du meilleur processus de renforcement, nous devons non seulement l’analyser d’un point de vue micro, mais aussi le considérer d’un point de vue macro.

3. Résistance à la fatigue

Après la carburation et le durcissement par induction, la surface des pièces est efficacement renforcée et une contrainte de compression résiduelle plus importante se forme, et les deux ont une résistance à la fatigue plus élevée.

Les pièces d’engrenage avec un module de 2.5 ont été sélectionnées pour la recherche, et elles ont été cémentées et trempées avec 20CrMnTiH3 avec une profondeur de carburation de 1.2 mm ; L’acier 45 et le 42CrMo ont été trempés par induction avec une profondeur de trempe de racine de dent de 2.0 mm. La dureté est de 61 ~ 63HRC et les dents sont meulées après traitement thermique. Test sur la machine d’essai de fatigue conformément à la méthode de chargement illustrée à la figure 1. Les charges de pression ultime de fatigue médiane en flexion des trois matériaux différents et des dents d’engrenage traitées thermiquement sont respectivement de 18.50 kN, 20.30 kN et 28.88 kN. La résistance à la fatigue des engrenages trempés par induction 42CrMo est supérieure de 56 % à celle de la carburation et de la trempe 20CrMnTiH3, ce qui présente des avantages significatifs. Pour analyser son mécanisme, il est nécessaire de commencer par la structure de la couche durcie, le niveau de contrainte de compression de surface, la structure du cœur et la dureté.

4. Résistance à la fatigue de contact

Pour les pièces d’engrenage, la rupture par fatigue de contact de la surface de la dent est également le principal mode de rupture. Les engrenages légers ont des exigences relativement faibles en matière de fatigue de contact, et si la trempe par induction peut remplacer la carburation et la trempe sur des engrenages spécifiques à usage intensif, cet indice est un contenu qui doit être évalué. Nos recherches dans ce domaine ne sont pas assez approfondies.

5. Déformation de trempe

Le processus de carburation a une température élevée, une longue durée et une grande déformation de trempe. Le processus de meulage ultérieur amincira la surface avec la résistance la plus élevée et la contrainte de compression la plus élevée, ce qui entraînera une diminution de la résistance de la pièce. La carburation et la trempe des engrenages utilisent de plus en plus la technologie de trempe à la presse, le but étant de réduire la déformation de trempe. La déformation du durcissement par induction est relativement faible et, en raison de l’épaisseur de la couche trempée, l’impact du meulage sur la profondeur de durcissement est relativement faible.