Для чого потрібні технічні показники цементуючі та гартні деталі?

При науглероживанні та загартуванні на поверхні деталі утворюється мартенситний шар з високим вмістом вуглецю, який має високу твердість, високий вміст карбіду та високу зносостійкість. Ядро має низьковуглецеву мартенситну структуру, тому поверхнева напруга стиску велика. Загальна міцність висока. Завдяки цим характеристикам цементування та загартування широко використовуються в зубчастих передачах та інших деталях, які потребують високої зносостійкості, високої втомної міцності та високої контактної втомної міцності. Індукційне зміцнення має характеристики швидкого нагрівання та швидкого охолодження, що значно збільшує розмір зерна матеріалу. Отримавши надвисоку твердість, він отримує вищий індекс міцності, тим самим покращуючи експлуатаційні характеристики деталей.

1. Стійкість до стирання

Цементовані та загартовані деталі мають високу зносостійкість за рахунок високої твердості та карбідів на поверхні. Індукційне зміцнення може отримати високу твердість за низького вмісту вуглецю, а зносостійкість також пов’язана з його мікроструктурою.

Загартування 20CrMnTiH3 цементуванню та індукційне загартування сталі 45 виготовляються у стандартні зразки зносу, твердість 62～62.5HRC, випробувані на машині для випробування на знос M-200, а деталі, що зношуються, загартовані T10. Після 1.6 мільйона разів зношування карбюризований зразок втратив 4.0 мг, а індукційно загартований зразок – 2.1 мг. За допомогою якого механізму індукційно загартовані зразки мають вищу зносостійкість? Варто вивчити.

2. Сила

Зазвичай вважається, що міцність пов’язана з твердістю, і одна і та ж твердість може отримати таку ж міцність. Які ще параметри пов’язані з конкретними деталями? Ми випробували стандартні гантелеподібні зразки на розтяг, виготовлені з цементулювання та загартування 20CrMnTiH3 та індукційної загартування сталі 45, 40CrH, 40MnBH. Діаметр ефективної частини зразка становив 20 мм, а виміряні межі міцності на розрив становили 819 МПа, 1184 МПа, 1364 МПа. При 1369 МПа міцність кількох зразків середньовуглецевої сталі після індукційного загартування значно вища, ніж у науглероізованих деталей.

Результати двох процесів порівнюються. Поверхня науглероізованого та загартованого зразка – високовуглецевий мартенсит, науглерожений шар – 1.25 мм, твердість – 62-63HRC, серцевина – низьковуглецевий мартенсит, твердість – 32HRC. Поверхня індукційно загартованого зразка – середньовуглецевий мартенсит, глибина загартованого шару – 3.6 мм, твердість – 62HRC, а ядро ​​- відпущений сорбіт, твердість – 26HRC. Можна виявити, що існує велика різниця в глибині поверхневого загартованого шару, отриманого двома методами обробки, і індукційне зміцнення може отримати більш глибокий затверділий шар, тим самим одержуючи більшу міцність частини. Тому, обговорюючи, який процес зміцнення є кращим, ми повинні не тільки проаналізувати його з мікро-перспективи, але й розглянути з точки зору макро.

3. Сила на втому

Після цементації та індукційного зміцнення поверхня деталей ефективно зміцнюється, утворюється більша залишкова напруга стиску, і обидва мають більш високу втомну міцність.

Для дослідження були відібрані деталі редуктора з модулем пружності 2.5, які були науглерожені та загартовані 20CrMnTiH3 з глибиною цементації 1.2 мм; Сталь 45 і 42CrMo були індукційно загартовані з глибиною загартування кореня зуба 2.0 мм. Твердість 61～63HRC, а зуби шліфуються після термічної обробки. Випробування на машині для випробування на втому відповідно до методу навантаження, показаного на малюнку 1. Середні граничні втомні навантаження на вигин трьох різних матеріалів і термічно оброблених зубів шестерні становлять 18.50 кН, 20.30 кН і 28.88 кН відповідно. Втомна міцність 42CrMo індукційно загартованих зубчастих коліс на 56% вище, ніж у 20CrMnTiH3 цементулювання та загартування, що має значні переваги. Для аналізу його механізму необхідно розпочати з структури затверділого шару, рівня поверхневого стискаючого напруження, структури серця та твердості.

4. Контактна втомлива міцність

Для деталей зубчастої передачі контактна втомна руйнування поверхні зуба також є основним видом руйнування. Легкі передачі мають відносно низькі вимоги до контактної втоми, і чи може індукційне зміцнення замінити цементацію та зміцнення на конкретних важких передачах, цей індекс є вмістом, який необхідно оцінити. Наші дослідження в цій галузі недостатньо глибокі.

5. Деформація загартування

Процес цементації має високу температуру, тривалий час і велику деформацію загартування. Подальший процес шліфування стоншує поверхню з найвищою міцністю і найбільшою напругою на стиск, що приведе до зниження міцності деталі. Цементація та загартування зубчастих коліс все частіше використовують технологію загартування пресом, метою якої є зменшення деформації загартування. Деформація індукційного зміцнення відносно невелика, а через товщину загартованого шару вплив шліфування на глибину зміцнення відносно невеликий.