Для чего нужны технические индикаторы науглероживание и закалка деталей?

Науглероживание и закалка образуют на поверхности детали мартенситный слой с высоким содержанием углерода, обладающий высокой твердостью, высоким содержанием карбида и высокой износостойкостью. Сердцевина представляет собой низкоуглеродистую мартенситную структуру, поэтому поверхностное сжимающее напряжение велико. Общая жесткость высокая. Благодаря этим характеристикам науглероживание и закалка широко используются в зубчатых передачах и других деталях, требующих высокой износостойкости, высокой усталостной прочности и высокой контактной усталостной прочности. Индукционная закалка имеет характеристики быстрого нагрева и быстрого охлаждения, что значительно увеличивает размер зерна материала. При получении сверхвысокой твердости он получает более высокий индекс ударной вязкости, тем самым улучшая характеристики деталей.

1. Устойчивость к истиранию

Науглероженные и закаленные детали обладают высокой износостойкостью благодаря высокой твердости и карбидам на поверхности. Индукционная закалка позволяет получить высокую твердость при низком содержании углерода, а износостойкость также связана с ее микроструктурой.

Науглероживающая закалка 20CrMnTiH3 и индукционная закалка стали 45 превращаются в стандартные изнашиваемые образцы с твердостью 62～62.5HRC, испытанные на машине для испытаний на износ М-200, а изнашиваемые детали подвергаются закалке Т10. После 1.6 миллиона износов науглероженный образец потерял 4.0 мг, а образец после индукционной закалки потерял 2.1 мг. Какой механизм обеспечивает более высокую износостойкость образцов, подвергнутых индукционной закалке? Это стоит изучить.

2. Прочность

Обычно считается, что прочность связана с твердостью, и одна и та же твердость может иметь одинаковую прочность. Для конкретных частей, какие другие параметры связаны с этим? Испытывались стандартные образцы гантелевидной формы на растяжение из стали 20CrMnTiH3 цементации и закалки и стали 45, 40CrH, 40MnBH индукционной закалки. Диаметр эффективной части образца составил 20 мм, а измеренные значения прочности на растяжение составили 819 МПа, 1184 МПа, 1364 МПа. При 1369 МПа прочность нескольких образцов из среднеуглеродистой стали после индукционной закалки значительно выше, чем у науглероженных деталей.

Результаты двух процессов сравниваются. Поверхность науглероженного и закаленного образца представляет собой высокоуглеродистый мартенсит, толщина науглероженного слоя составляет 1.25 мм, твердость составляет 62-63HRC, ядро ​​представляет собой низкоуглеродистый мартенсит, а твердость составляет 32HRC. Поверхность индукционно-упрочненного образца представляет собой среднеуглеродистый мартенсит, глубина закаленного слоя 3.6 мм, твердость 62HRC, сердцевина – отпущенный сорбит, твердость 26HRC. Можно обнаружить, что существует большая разница в глубине поверхностного упрочненного слоя, полученного двумя методами обработки, и индукционная закалка позволяет получить более глубокий упрочненный слой, тем самым обеспечивая большую прочность детали. Поэтому при обсуждении того, какой процесс укрепления лучше, мы должны анализировать его не только с микро-перспективы, но и рассматривать с макро-перспективы.

3. Усталостная прочность.

После науглероживания и индукционной закалки поверхность деталей эффективно упрочняется, и образуется большее остаточное сжимающее напряжение, и то, и другое имеет более высокую усталостную прочность.

Для исследований были отобраны детали зубчатых колес с модулем 2.5, которые были подвергнуты цементации и закалке 20CrMnTiH3 с глубиной науглероживания 1.2 мм; Сталь 45 и 42CrMo прошли индукционную закалку с глубиной закалки корня зуба 2.0 мм. Твердость 61～63HRC, зубья отшлифованы после термической обработки. Испытание на машине для испытаний на усталость в соответствии с методом нагружения, показанным на рисунке 1. Среднее предельное давление усталостной нагрузки при изгибе для трех различных материалов и термообработанных зубьев шестерни составляет 18.50 кН, 20.30 кН и 28.88 кН соответственно. Усталостная прочность шестерен 42CrMo с индукционной закалкой на 56% выше, чем у 20CrMnTiH3 с науглероживанием и закалкой, что имеет значительные преимущества. Чтобы проанализировать его механизм, необходимо начать со структуры упрочненного слоя, уровня поверхностных сжимающих напряжений, структуры сердцевины и твердости.

4. Контактная усталостная прочность.

Для деталей зубчатых колес контактное усталостное разрушение поверхности зуба также является основным видом разрушения. У легких передач относительно низкие требования к контактной усталости, и может ли индукционная закалка заменить науглероживание и закалку на определенных тяжелых передачах, этот показатель является содержанием, которое необходимо оценить. Наши исследования в этой области недостаточно глубоки.

5. Закалочная деформация

Процесс науглероживания имеет высокую температуру, длительное время и большую деформацию при закалке. Последующий процесс шлифования утончает поверхность с наибольшей прочностью и наибольшим сжимающим напряжением, что приводит к снижению прочности детали. Для науглероживания и закалки зубчатых колес все чаще используется технология закалки под прессом, целью которой является уменьшение деформации закалки. Деформация индукционной закалки относительно невелика, и из-за толщины закаленного слоя влияние шлифования на глубину закалки относительно невелико.