Do czego służą wskaźniki techniczne części do nawęglania i hartowania?

Nawęglanie i hartowanie tworzy na powierzchni części warstwę martenzytu o wysokiej zawartości węgla, która charakteryzuje się dużą twardością, dużą zawartością węglika i dużą odpornością na zużycie. Rdzeń jest niskowęglową strukturą martenzytu, więc naprężenie powierzchniowe jest duże. Ogólna wytrzymałość jest wysoka. Cechy te sprawiają, że nawęglanie i hartowanie jest szeroko stosowane w przekładniach i innych częściach, które wymagają wysokiej odporności na zużycie, dużej wytrzymałości zmęczeniowej i stykowej wytrzymałości zmęczeniowej. Hartowanie indukcyjne charakteryzuje się szybkim nagrzewaniem i szybkim chłodzeniem, co znacznie zwiększa uziarnienie materiału. Uzyskując ultra wysoką twardość uzyskuje wyższy wskaźnik udarności, poprawiając tym samym wydajność części.

1. Odporność na ścieranie

Części nawęglane i hartowane mają wysoką odporność na zużycie dzięki dużej twardości i węglikom na powierzchni. Hartowanie indukcyjne może uzyskać wysoką twardość przy niskiej zawartości węgla, a odporność na zużycie jest również związana z jego mikrostrukturą.

Standardowe próbki ścieralne o twardości 20～3HRC, badane na maszynie wytrzymałościowej M-45, są poddawane hartowaniu nawęglaniemu 62CrMnTiH62.5 i hartowaniu indukcyjnemu stali 200, a części zużywające się hartowane T10. Po 1.6 miliona razy zużycia, próbka nawęglona straciła 4.0 mg, a próbka hartowana indukcyjnie straciła 2.1 mg. Jaki mechanizm sprawia, że ​​próbki hartowane indukcyjnie mają wyższą odporność na zużycie? Warto się uczyć.

2. siła

Powszechnie uważa się, że siła jest związana z twardością, a ta sama twardość może uzyskać taką samą siłę. W przypadku konkretnych części, jakie inne parametry są z nim związane? Przetestowaliśmy standardowe próbki do rozciągania w kształcie wiosełka wykonane z nawęglania i hartowania 20CrMnTiH3 oraz hartowania indukcyjnego stali 45, 40CrH, 40MnBH. Efektywna średnica części próbki wynosiła 20mm, a zmierzone wytrzymałości na rozciąganie wyniosły 819MPa, 1184MPa, 1364MPa. Przy 1369MPa wytrzymałość kilku próbek stali średniowęglowej po hartowaniu indukcyjnym jest znacznie wyższa niż w przypadku części nawęglanych.

Porównuje się wyniki obu procesów. Powierzchnia nawęglonej i hartowanej próbki to martenzyt wysokowęglowy, warstwa nawęglona 1.25 mm, twardość 62-63HRC, a rdzeń to martenzyt niskowęglowy, a twardość 32HRC. Powierzchnia próbki utwardzanej indukcyjnie to średniowęglowy martenzyt, głębokość utwardzonej warstwy 3.6 mm, twardość 62HRC, a rdzeń to odpuszczany sorbit, twardość 26HRC. Można stwierdzić, że istnieje duża różnica w głębokości warstwy utwardzonej powierzchniowo uzyskanej dwiema metodami obróbki, a dzięki hartowaniu indukcyjnemu można uzyskać głębszą warstwę utwardzoną, a tym samym uzyskać większą wytrzymałość części. Dlatego dyskutując o tym, który proces wzmacniania jest lepszy, musimy nie tylko analizować go z perspektywy mikro, ale także rozpatrywać z perspektywy makro.

3. Siła zmęczenia

Po nawęglaniu i hartowaniu indukcyjnym powierzchnia części zostaje skutecznie wzmocniona i powstaje większe szczątkowe naprężenie ściskające, które mają wyższą wytrzymałość zmęczeniową.

Do badań wybrano części przekładni o module 2.5, które zostały nawęglane i hartowane 20CrMnTiH3 o głębokości nawęglania 1.2mm; Stal 45 i 42CrMo były hartowane indukcyjnie z głębokością hartowania korzeni zębów 2.0 mm. Twardość to 61～63HRC, a zęby są szlifowane po obróbce cieplnej. Próba na maszynie wytrzymałościowej zgodnie z metodą obciążenia pokazaną na rysunku 1. Mediana zmęczeniowych obciążeń granicznych zginania trzech różnych materiałów i obrabianych cieplnie zębów kół zębatych wynosi odpowiednio 18.50 kN, 20.30 kN i 28.88 kN. Wytrzymałość zmęczeniowa przekładni utwardzanych indukcyjnie 42CrMo jest o 56% wyższa niż w przypadku nawęglania i hartowania 20CrMnTiH3, co ma istotne zalety. Aby przeanalizować jego mechanizm, należy zacząć od struktury warstwy utwardzonej, poziomu naprężeń ściskających powierzchni, struktury serca i twardości.

4. Kontaktowa wytrzymałość zmęczeniowa

W przypadku części kół zębatych uszkodzenie zmęczeniowe styku powierzchni zęba jest również głównym powodem uszkodzenia. Koła zębate do lekkich obciążeń mają stosunkowo niskie wymagania dotyczące zmęczenia kontaktowego i niezależnie od tego, czy hartowanie indukcyjne może zastąpić nawęglanie i hartowanie w przypadku określonych przekładni do dużych obciążeń, ten wskaźnik jest wartością, którą należy ocenić. Nasze badania w tej dziedzinie nie są wystarczająco głębokie.

5. Odkształcenie hartowania

Proces nawęglania charakteryzuje się wysoką temperaturą, długim czasem i dużym odkształceniem hartowniczym. Kolejny proces szlifowania spowoduje pocienienie powierzchni z największą wytrzymałością i największym naprężeniem ściskającym, co spowoduje spadek wytrzymałości części. Nawęglanie i hartowanie kół zębatych coraz częściej wykorzystuje technologię hartowania w prasie, której celem jest zmniejszenie odkształceń po hartowaniu. Odkształcenie hartowania indukcyjnego jest stosunkowo niewielkie, a ze względu na grubość warstwy hartowanej wpływ szlifowania na głębokość hartowania jest stosunkowo niewielki.