Na čo slúžia technické ukazovatele nauhličovanie a kalenie dielov?

Nauhličovaním a kalením sa na povrchu dielu vytvorí martenzitová vrstva s vysokým obsahom uhlíka, ktorá má vysokú tvrdosť, vysoký obsah karbidov a vysokú odolnosť proti opotrebovaniu. Jadro má nízkouhlíkovú martenzitovú štruktúru, takže povrchové tlakové napätie je veľké. Celková tuhosť je vysoká. Vďaka týmto vlastnostiam sa nauhličovanie a kalenie široko používa v ozubených kolesách a iných častiach, ktoré vyžadujú vysokú odolnosť proti opotrebovaniu, vysokú únavovú pevnosť a vysokú kontaktnú únavovú pevnosť. Indukčné kalenie má vlastnosti rýchleho ohrevu a rýchleho ochladzovania, čo výrazne zvyšuje zrnitosť materiálu. Pri získaní ultra vysokej tvrdosti získava vyšší index húževnatosti, čím sa zlepšuje výkon dielov.

1. Odolnosť proti oderu

Nauhličované a kalené diely majú vysokú odolnosť proti opotrebeniu vďaka vysokej tvrdosti a karbidom na povrchu. Indukčné kalenie môže získať vysokú tvrdosť pri nízkom obsahu uhlíka a odolnosť proti opotrebeniu súvisí aj s jeho mikroštruktúrou.

20CrMnTiH3 nauhličovacie kalenie a 45 oceľové indukčné kalenie sú vyrobené do štandardných opotrebiteľných vzoriek s tvrdosťou 62～62.5HRC, testované na stroji na testovanie opotrebenia M-200 a opotrebiteľné diely sú kalené T10. Po 1.6 miliónoch opotrebenia stratila nauhličená vzorka 4.0 mg a indukčne ochladená vzorka stratila 2.1 mg. Aký je mechanizmus, ktorý spôsobuje, že indukčne kalené vzorky majú vyššiu odolnosť proti opotrebovaniu? Oplatí sa študovať.

2. Pevnosť

Všeobecne sa verí, že pevnosť súvisí s tvrdosťou a tá istá tvrdosť môže získať rovnakú pevnosť. Aké ďalšie parametre s tým súvisia pri konkrétnych častiach? Testovali sme štandardné ťahové vzorky v tvare činky vyrobené z 20CrMnTiH3 nauhličovania a kalenia a ocele 45, 40CrH, 40MnBH indukčného kalenia. Efektívny priemer časti vzorky bol 20 mm a namerané pevnosti v ťahu boli 819MPa, 1184MPa, 1364MPa, Pri 1369MPa je pevnosť niekoľkých vzoriek stredne uhlíkovej ocele po indukčnom kalení výrazne vyššia ako pevnosť nauhličených častí.

Výsledky týchto dvoch procesov sa porovnajú. Povrch nauhličenej a ochladenej vzorky je martenzit s vysokým obsahom uhlíka, nauhličená vrstva je 1.25 mm, tvrdosť je 62-63HRC a jadro je martenzit s nízkym obsahom uhlíka a tvrdosť je 32HRC. Povrch indukčne kalenej vzorky je stredne uhlíkový martenzit, hĺbka kalenej vrstvy je 3.6 mm, tvrdosť 62 HRC a jadro je temperovaný sorbit, tvrdosť 26 HRC. Dá sa zistiť, že existuje veľký rozdiel v hĺbke povrchovej vytvrdenej vrstvy získanej dvoma spôsobmi úpravy a indukčným kalením možno získať hlbšiu vytvrdenú vrstvu, čím sa získa väčšia pevnosť dielu. Preto pri diskusii o tom, ktorý proces posilňovania je lepší, ho musíme analyzovať nielen z mikro perspektívy, ale musíme ho zvážiť aj z makro perspektívy.

3. Únavová sila

Po nauhličení a indukčnom kalení sa povrch dielov účinne spevní a vytvorí sa väčšie zvyškové tlakové napätie a obe majú vyššiu únavovú pevnosť.

Pre výskum boli vybrané časti prevodov s modulom 2.5, ktoré boli nauhličované a kalené 20CrMnTiH3 s hĺbkou nauhličovania 1.2 mm; Oceľ 45 a 42CrMo boli indukčne kalené s hĺbkou kalenia koreňov zubov 2.0 mm. Tvrdosť je 61～63HRC a zuby sú brúsené po tepelnom spracovaní. Skúška na únavovom testovacom stroji v súlade so zaťažovacou metódou znázornenou na obrázku 1. Stredné medzné tlakové zaťaženia z ohybovej únavy troch rôznych materiálov a tepelne upravených zubov ozubených kolies sú 18.50 kN, 20.30 kN a 28.88 kN, v tomto poradí. Únavová pevnosť indukčne kalených ozubených kolies 42CrMo je o 56 % vyššia ako pri nauhličovaní a kalení 20CrMnTiH3, čo má významné výhody. Na analýzu jeho mechanizmu je potrebné začať so štruktúrou vytvrdenej vrstvy, úrovňou povrchového tlakového napätia, štruktúrou srdca a tvrdosťou.

4. Kontaktná únavová pevnosť

Pre časti ozubených kolies je hlavným spôsobom poruchy aj kontaktná únavová porucha povrchu zubov. Ozubené kolesá pre ľahké zaťaženie majú relatívne nízke požiadavky na kontaktnú únavu a či indukčné kalenie môže nahradiť nauhličovanie a kalenie na špecifických ozubených kolesách pre veľké zaťaženie, tento index je obsah, ktorý sa musí posúdiť. Náš výskum v tejto oblasti nie je dostatočne hlboký.

5. Deformácia kalenia

Proces karburizácie má vysokú teplotu, dlhú dobu a veľkú deformáciu kalením. Následný proces brúsenia stenčí povrch s najvyššou pevnosťou a najvyšším namáhaním v tlaku, čo má za následok zníženie pevnosti dielu. Nauhličovanie a kalenie ozubených kolies čoraz viac využíva technológiu kalenia lisom, účelom je znížiť deformáciu kalením. Deformácia indukčného kalenia je relatívne malá a vzhľadom na hrúbku kalenej vrstvy je vplyv brúsenia na hĺbku kalenia relatívne malý.