למה מיועדים האינדיקטורים הטכניים קרבור וריבוי חלקים?

קרבור וריבוי יוצרים שכבת מרטנזיט עם תכולת פחמן גבוהה על פני החלק, בעלת קשיות גבוהה, תכולת קרביד גבוהה ועמידות בפני שחיקה גבוהה. הליבה היא מבנה מרטנזיט דל פחמן, ולכן מתח הלחיצה על פני השטח גדול. הקשיחות הכללית גבוהה. מאפיינים אלה הופכים את הקרבורור וההמרה לשימוש נרחב בגלגלי שיניים וחלקים אחרים הדורשים עמידות בפני שחיקה, חוזק עייפות גבוה וחוזק עייפות מגע גבוה. להתקשות אינדוקציה יש מאפיינים של חימום מהיר וקירור מהיר, מה שמגדיל משמעותית את גודל הגרגיר של החומר. תוך השגת קשיות גבוהה במיוחד, הוא משיג מדד קשיחות גבוה יותר, ובכך משפר את ביצועי החלקים.

1. עמידות בפני שחיקה

לחלקים מקרבים ומרווים עמידות בפני שחיקה גבוהה בשל הקשיות הגבוהה והקרבידים על פני השטח. התקשות אינדוקציה יכולה להשיג קשיות גבוהה תחת תכולת פחמן נמוכה, ועמידות הבלאי קשורה גם למבנה המיקרו שלה.

מרווה 20CrMnTiH3 ומרווה אינדוקציה מפלדה 45 מיוצרים לדגימות בלאי סטנדרטיות, עם קשיות של 62~62.5HRC, נבדקו במכונת בדיקת בלאי M-200, וחלקי הבלאי מרוווים T10. לאחר 1.6 מיליון פעמים של בלאי, הדגימה המפוחמת איבדה 4.0 מ”ג והדגימה המרוווה אינדוקציה איבדה 2.1 מ”ג. מהו המנגנון שגורם לדגימות מוקשות אינדוקציה להיות בעלות עמידות בפני שחיקה גבוהה יותר? כדאי ללמוד.

2. חוזק

בדרך כלל מאמינים שכוח קשור לקשיות, ואותה קשיות יכולה לקבל את אותו חוזק. לגבי חלקים ספציפיים, אילו פרמטרים נוספים קשורים לזה? בדקנו את דגימות המתיחה הסטנדרטיות בצורת משקולת העשויות מקרבון וריבוי 20CrMnTiH3 ו-45 פלדה, 40CrH, 40MnBH מרווה אינדוקציה. קוטר החלק היעיל של הדגימה היה 20 מ”מ, וחוזק המתיחה הנמדד היה 819MPa, 1184MPa, 1364MPa, ב-1369MPa, החוזק של מספר דגימות פלדת פחמן בינונית לאחר כיבוי אינדוקציה גבוה משמעותית מזה של חלקים מקרבים.

התוצאות של שני התהליכים מושוות. פני השטח של הדגימה המקרבת והמרוווה הם מרטנזיט עתיר פחמן, השכבה המקרבת היא 1.25 מ”מ, הקשיות היא 62-63HRC, והליבה היא מרטנזיט דל פחמן, והקשיות היא 32HRC. פני השטח של מדגם האינדוקציה המוקשה הוא מרטנזיט בינוני-פחמן, עומק השכבה המוקשה הוא 3.6 מ”מ, הקשיות היא 62HRC, והליבה היא סורביט מחוסמת, הקשיות היא 26HRC. ניתן למצוא שקיים הבדל גדול בעומק השכבה המוקשה משטח המתקבלת בשתי שיטות הטיפול, והתקשות אינדוקציה יכולה לקבל שכבה מוקשה עמוקה יותר, ובכך לקבל חוזק חלק גדול יותר. לכן, כאשר דנים באיזה תהליך חיזוק עדיף, עלינו לא רק לנתח אותו מנקודת מבט של מיקרו, אלא גם לשקול אותו מנקודת מבט מאקרו.

3. חוזק עייפות

לאחר התפחה והתקשות אינדוקציה, פני החלקים מתחזקים ביעילות, ונוצר מתח לחיצה שיורי גדול יותר, ולשניהם חוזק עייפות גבוה יותר.

חלקי ההילוכים עם מודולוס של 2.5 נבחרו למחקר, והם עברו קרבורור והרוויה עם 20CrMnTiH3 עם עומק קרבוריזציה של 1.2 מ”מ; פלדה 45 ו-42CrMo הוקשו באינדוקציה עם עומק מרווה שורש שן של 2.0 מ”מ. הקשיות היא 61~63HRC, והשיניים נטחנות לאחר טיפול בחום. בדיקה במכונת בדיקת העייפות בהתאם לשיטת הטעינה המוצגת באיור 1. עומסי הלחץ הסופיים של עייפות הכיפוף של שלושת החומרים השונים ושיני הציוד שעברו טיפול בחום הם 18.50kN, 20.30kN ו-28.88kN, בהתאמה. חוזק העייפות של גלגלי שיניים מוקשחים באינדוקציה 42CrMo גבוה ב-56% מזה של 20CrMnTiH3 קרבור וריבוי, שיש לו יתרונות משמעותיים. כדי לנתח את המנגנון שלה, יש צורך להתחיל עם מבנה השכבה המוקשה, רמת הלחץ של פני השטח, מבנה הלב והקשיות.

4. חוזק עייפות מגע

עבור חלקי הילוכים, כשל עייפות המגע של משטח השן הוא גם מצב הכשל העיקרי. לגלגלי שיניים קלים יש דרישות נמוכות יחסית לעייפות מגע, והאם התקשות אינדוקציה יכולה להחליף קרבוריזציה והתקשות בגלגלי שיניים ספציפיים לחובת כבדה, מדד זה הוא תוכן שיש להעריך. המחקר שלנו בתחום זה אינו מעמיק מספיק.

5. דפורמציה מרווה

לתהליך הקרבור יש טמפרטורה גבוהה, זמן רב ועיוות מרווה גדול. תהליך השחזה שלאחר מכן ידלל את פני השטח עם החוזק הגבוה ביותר ולחץ הלחיצה הגבוה ביותר, וכתוצאה מכך ירידה בחוזק החלק. קרבור וריבוי גלגלי שיניים משתמש יותר ויותר בטכנולוגיית מרווה עיתונות, המטרה היא להפחית את עיוות ההמרה. העיוות של התקשות אינדוקציה קטנה יחסית, ובגלל עובי השכבה המרוווה, השפעת השחזה על עומק ההתקשות קטנה יחסית.