Inductiegehard, gecarbureerd of genitreerd? Warmtebehandeling kiezen voor tandheugels

Warmtebehandeling en precisieslijpen in de productie

Doelzoekwoord:Warmtebehandeling van tandheugel

Secundair:inductiegeharde tandheugel, geharde dieptetandwielen, tandheugelhardheid HRC

Metabeschrijving:Cijfers over de echte hardheid en kastdieptes voor inductiegeharde, gecarboneerde en genitreerde tandheugels - plus waarom verharding de nauwkeurigheid aantast en wat het onderzoek zegt over de optimale kastdiepte.

Er staat een hardheidsnummer op uw rektekening. Waar kwam het vandaan?

Onze ervaring is dat het ongeveer de helft van de tijd werd gekopieerd van een eerdere tekening, en niemand herinnert zich waarom. De andere helft werd gekozen omdat hoger veiliger klonk. Geen van beide is een goede reden, en beide kunnen u geld of een defect rack kosten.

Warmtebehandeling op een tandheugel is een reeks afwegingen-tussen oppervlaktehardheid, kerntaaiheid, kastdiepte, vervorming en prijs. Als de balans verkeerd is, verslijt je de flanken of breek je de tanden eraf. Dit is wat de gepubliceerde gegevens feitelijk ondersteunen.

Inductieharden - het werkpaard

Bij inductieharden wordt een hoogfrequente stroom- door een spoel rond het tandgebied geleid, waardoor alleen de oppervlaktelaag wordt verwarmd en vervolgens wordt uitgedoofd. De kern bereikt nooit de austenitistemperatuur en blijft dus taai.

Figuur 1. Oppervlaktehardheidsbereiken en kastdieptes per behandelingsmethode.

Haalbare hardheid, uit gepubliceerde bronnen:

Er zijn twee harde beperkingen die bepalen of een materiaal überhaupt inductiegehard kan worden. Het proces vereist staal metkoolstofgehalte van 0,30% of meer- daaronder is er simpelweg niet genoeg koolstof om martensiet te vormen. Aan de bovenkant moet het koolstofgehalte onder de 0,55% blijven, met een laag zwavel- en fosforgehalte, om de kans op afschrikscheuren te verkleinen.

Dat venster, 0,30% tot 0,55% koolstof, is precies de reden waarom S45C en 42CrMo4 (SCM440) de rackproductie domineren. Het is geen traditie; het is metallurgie.

Eén beperking is belangrijker dan mensen verwachten: zelfs als de tandflank en -punt goed uitharden, doet de tandwortel dat vaak niet.

De tandwortel is waar buigvermoeidheidsscheuren beginnen. Als uw faalwijze wortelmoeheid is in plaats van flankslijtage, is het mogelijk dat inductieharden het probleem dat u heeft niet oplost. Het FZG-onderzoek bevestigt de geometrie hiervan direct - voor alle geteste inductie-geharde tandwielen: "de verhardingscontour is het dikst bij de tandflanken en het laagst in het gebied van de raaklijn van 30 graden aan de tandwortelfilet."

De nauwkeurigheidsboete die niemand in de offerte vermeldt

Door verharding wordt het onderdeel vervormd. Op een lang, slank rek gaat die vervorming rechtstreeks over in een toonhoogtefout.

Wanneer inductieharden wordt gebruikt, wordt de nauwkeurigheid van de tandwielen verminderd door belasting na verwarming. Als een hoge nauwkeurigheid gewenst is, is het achteraf slijpen van de tanden noodzakelijk.

De omvang van het effect is zichtbaar in de manier waarop rekken op proces worden beoordeeld:

Hetzelfde rek dat DIN 10 meet (< 0.200 mm/m) straight out of induction hardening reaches DIN 5–7 (< 0.026 to 0.052 mm/m) once the teeth are ground.

Dat is een nauwkeurigheidsfactor van vier tot acht, die door een nabewerking wordt terugverdiend. De werkwijze: “Tijdens het frezen van de tanden blijft extra materiaal over, zodat ze na het uitharden kunnen worden geslepen.”

De echte specificatie is dus niet "inductiegehard". Het is "inductiegeharden na uitharding geslepen." Als uw tekening het eerste zegt en uw toepassing het laatste nodig heeft, zult u teleurgesteld worden door een rack dat technisch voldoet.

Eén praktisch gevolg dat u moet weten voordat u bewerkingen plant: secundaire bewerkingen zijn normaal gesproken mogelijk op tandheugels in alle omstandigheden, met uitzondering van inductie-geharde tanden. Boor uw montagegaten vóór het uitharden, niet erna.

Carbureren - als je een harde behuizing en een stevige kern nodig hebt

Door te carboneren diffundeert de koolstof in het oppervlak van staal met een laag-koolstofgehalte, waarna het wordt uitgedoofd. Je krijgt uiteindelijk een harde behuizing met een hoog-koolstofgehalte en een harde kern met een laag-koolstofgehalte.

Standaard carboneerpraktijk voor de productie van tandwielen en tandheugels.

Voor 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), een van de standaard Europese hardingskwaliteiten-, zijn cijfers gepubliceerd na correct carbureren en afschrikken (Otai staal):

Oppervlaktehardheid:58–62 HRC

Effectieve kastdiepte:Typisch 0,6–1,2 mm

Kernhardheid:28–35 HRC

Kerntreksterkte (geharde toestand): 850–1000 MPa, opbrengst ~550 MPa

Het kernhardheidscijfer is het punt van de hele oefening. Bij 28–35 HRC absorbeert de kern nog steeds schokken en is bestand tegen scheurvoortplanting, terwijl het geval van 58–62 HRC bestand is tegen putjes en slijtage. Een door en door-gehard rek bij 55 HRC heeft niet zo'n reserve - het is door en door hard en dienovereenkomstig bros.

Opkolen kost meer, duurt langer en vervormt meer dan inductieharden. Specificeer dit wanneer de contactspanning werkelijk hoog is en er sprake is van schokbelasting.

Hoe diep moet de zaak zijn? Het onderzoek heeft een nummer

Dit is waar de meeste specificaties gissingen zijn, dus het is de moeite waard om daadwerkelijk onderzoek te citeren.

Figuur 2. De buigsterkte van de wortel neemt af als de diepte van de behuizing groter is dan 0,25 x module (onderzoeksgegevens van FZG / TU Munchen).

In een onderzoek door FZG aan de TU München (FVA 660 II, gepubliceerd via AGMA 22FTM14) werden 42CrMo4-tandwielen getest bij normale modules van 14 mm en 20 mm met spleet-door-spleet-inductieharding, waarbij de buigsterkte van de tandwortel werd gemeten tegen de verhardingsdiepte van het oppervlak (SHD400, de diepte tot de 400 HV1-limiet).

Bevindingen, direct geciteerd:

"er lijkt een optimale SHD400 te zijn in het bereik van 0,15 tot 0,25 × m_n."

"De tandwortelbuigsterkte van de variant met een SHD van 0,35 × m_n bereikt slechts 80 procent van de tandwortelbuigsterkte van de varianten met een lagere SHD."

Dieper is erger. Een behuizing met een module van 0,35 x verliest een vijfde van zijn buigsterkte in de wortel, vergeleken met een module van 0,15–0,25 x.

Het mechanisme is restspanning. Een ondiepe, geharde behuizing laat het oppervlak onder druk staan, waardoor het ontstaan ​​van scheuren wordt onderdrukt. Duw de behuizing te diep en de druklaag verzwakt en de overgangszone komt terecht in een gebied met hoge buigspanning.

In de praktijk is dat bereik voor een module 4-rack 0,6 tot 1,0 mm. Voor module 8, 1,2 tot 2,0 mm. De aanbevolen omstandigheden van het onderzoek, voor tandwielgroottes m_n=14 tot 20 mm: SHD400 bij 0,15–0,25 × m_n, ongeveer gelijk op de linker- en rechterflank, oppervlaktehardheid 650–750 HV, geen verhardingsscheuren.

Een gerelateerd cijfer uit hetzelfde onderzoek is de moeite waard om te weten als je een vermoeiings--kritieke toepassing hebt: de gestraalde-gestraalde variant bereikte een nominaal buigspanningsgetal van bijna 600 N/mm², ongeveer 30 procent hoger dan de niet-gestraalde referentie, en hoger dan de geval-geharde vergelijking. Shotpeening veroorzaakt drukrestspanning en het werkt.

Daartegenover beoordeelt ISO 6336-5 oppervlakte-geharde tandwielen ongeveer 20 procent onder case-geharde tandwielen voor maximaal toegestane spanning. Carbureren wint nog steeds op het gebied van ruwe capaciteit; inductieharden plus kogelstralen dicht het gat tegen lagere kosten.

Nitreren - hard, dun en nauwelijks vervormd

Bij nitreren wordt stikstof doorgaans bij lage temperatuur in het oppervlak verspreid520 graden (Bodycote). Geen quench, geen fasetransformatie, minimale vervorming.

De laag heeft twee zones: een samengestelde "witte" laag die "hoge weerstand tegen slijtage, schuren, vreten en vastlopen" geeft, en een diffusielaag daaronder die "verbeterde vermoeiingssterkte" biedt en de samengestelde laag ondersteunt.

Er zijn twee beperkingen die bepalen of nitreren voor u beschikbaar is:

Materiaal.Het is "het meest effectief wanneer het wordt toegepast op staalsoorten die nitride-vormende elementen bevatten, zoals chroom, molybdeen, vanadium en aluminium." Alle ijzerhoudende materialen kunnen met gas worden genitreerd tot 5% chroom; daarboven plasmanitreren. Cruciaal voor gewoon koolstofstaal: "Vanwege het ontbreken van legeringselementen reageert AISI 1045-staal niet op het nitreringsproces" (AZoM). Als uw rack C45 is, is nitreren geen optie.

Diepte kast.Genitreerde behuizingen zijn dun. Voor 38CrMoAl, een nitrering-specifieke kwaliteit, zijn de gepubliceerde cijfers 900–1100 HV (~65–70 HRC) met een geval van slechts0,3–0,6 mm.

Dat dunne hoesje is de beperking. Onder zware Hertziaanse contactspanning kan een dunne harde laag op een zachter substraat verbrijzelen - de laag stort in de kern eronder. Nitreren is geschikt voor rekken waar slijtage en vreten de boventoon voeren en de contactspanning gematigd is, en waar de vervorming minimaal moet zijn omdat het rek al -afgeslepen is.

Voor een optimaal resultaat moet het materiaal vóór het nitreren worden gehard en getemperd.

Kiezen

Veelgestelde vragen

Is 60 HRC beter dan 50 HRC op een rek?

Niet automatisch. Een hogere hardheid betekent een betere slijtvastheid en een slechtere taaiheid. Een 60 HRC-rek in een shock-toepassing zal tanden afbreken die een 50 HRC-rek zou overleven. Zorg ervoor dat de hardheid overeenkomt met de faalwijze waarvoor u ontwerpt.

Kan ik een C45-rack inductieharden nadat de montagegaten zijn bewerkt?

Dat kan, maar vervorming heeft invloed op de positie van het gat, de vlakheid en de tandsteek. Standaardpraktijk is het vermijden van secundaire handelingen op inductie-geharde rekken. Eerst machinaal bewerken, daarna uitharden.

Waarom heeft mijn geharde tandheugel een slechtere spelingconsistentie dan de zachte tand die hij heeft vervangen?

Vrijwel zeker verhardingsvervorming, als de tanden achteraf niet werden geslepen. De gepubliceerde spoedfout voor inductie-geharde niet-geslepen tandheugels bedraagt ​​ongeveer ±0,200 mm/m, terwijl ±0,150 mm/m voor een zacht tandheugel - het geharde tandheugel echt minder nauwkeurig is.

Welke hardheid moet het rondsel hebben ten opzichte van de tandheugel?

Gelijk of moeilijker. Omdat het rondsel de meeste cycli doormaakt, moet de hardheid en kwaliteitsklasse altijd gelijk zijn aan of hoger zijn dan die van de tandheugel. Het rondsel maakt vele omwentelingen per meter tandheugelweg, waardoor het contactcycli veel sneller accumuleert.

Betekent een diepere kastdiepte altijd een langere levensduur?

Nee, en de FZG-gegevens zijn expliciet: bij 0,35 × module daalt de wortelbuigsterkte tot 80% van de waarde bij 0,15–0,25 × module. Het te veel- specificeren van de diepte van de zaak kost geld en vermindert de sterkte.

Tianjin OuNaiDa Transmissions Technology exploiteert apparatuur voor het harden en slijpen van tanden in-huis en levert rekken in de kwaliteiten S45C, 42CrMo4 en case-harding. Vertel ons de belasting, de schokkarakteristieken en het nauwkeurigheidsdoel, en we zullen de behandeling aanbevelen in plaats van alleen de hardheid te vermelden waar u om vroeg.

Inductiegeharde tandheugels, modules M5 t/m M8