Цементацыя тэрмічнай апрацоўкі зубчастых колаў: павышэнне трываласці, даўгавечнасці і прадукцыйнасці

У сучасных сістэмах перадачы энергіі чакаецца, што зубчастыя колы будуць працаваць у экстрэмальных умовах: высокі крутоўны момант, бесперапыннае кручэнне, вялікія нагрузкі, ваганні хуткасці і працяглыя працоўныя цыклы. Традыцыйныя легаваныя сталі, нават з добрай унутранай цвёрдасцю, часта не могуць вытрымліваць такіх складаных умоў эксплуатацыі без разбурэння паверхні, карозіі зубцоў, задзірын, зносу і расколін ад стомленасці. Каб пераадолець гэтыя праблемы, тэрмічная апрацоўка становіцца важным этапам у вытворчасці зубчастых колаў, і сярод усіх метадаў...цэментацыявылучаецца як адзін з найбольш эфектыўных працэсаў павярхоўнага ўмацавання.

Цубрызацыя (таксама званая загартоўкай) — гэта металургічны метад, пры якім вуглярод уводзіцца ў павярхоўны пласт сталёвых шасцярняў пры высокай тэмпературы. Пасля загартоўкі паверхня ператвараецца ў цвёрды мартэнсітны корпус, у той час як стрыжань захоўвае трываласць і ўдаратрываласць. Гэта спалучэнне цвёрда звонку, трываласць унутры. Вось чаму цэментаваныя шасцярні шырока выкарыстоўваюцца ў аўтамабільных трансмісіях, прамысловых рэдуктарах, цяжкай тэхніцы, горназдабыўным абсталяванні, аэракасмічных прывадах і робататэхніцы.

Што такое цэментацыя?

Цубрызацыя — гэта тэрмічная апрацоўка на аснове дыфузіі, якая праводзіцца пры тэмпературах звычайна ад 880°C да 950°C. Падчас працэсу шасцярні награваюцца ў багатай вугляродам атмасферы. Атамы вугляроду дыфузіруюць у павярхоўны пласт сталі, павялічваючы ўтрыманне вугляроду ў ёй. Пасля вытрымкі на працягу неабходнага часу шасцярні хутка гартуюцца, утвараючы зацвярдзелы мартэнсітны корпус.

Глыбіня пранікнення вугляроду называецца глыбінёй гільзы і можа кантралявацца шляхам змены тэмпературы, часу вытрымкі і вугляроднага патэнцыялу. Звычайна мэтавая глыбіня гільзы складае ад 0,8 мм да 2,5 мм у залежнасці ад прымянення, памеру шасцярні і неабходнай грузападымальнасці.

Чаму шасцярні патрэбна цэментацыя?

Цубрэрызацыя — гэта не толькі павышэнне цвёрдасці, але і значнае паляпшэнне прадукцыйнасці ў рэальных умовах працы. Асноўныя перавагі ўключаюць:

1. Высокая зносаўстойлівасць
   Загартаваная паверхня прадухіляе абразіўны знос, кропкавую коратку, мікраскалаванне і пашкоджанні ад стомленасці паверхні.

2. Больш высокая грузападымальнасць
   Цэментаваныя шасцярні могуць вытрымліваць большыя нагрузкі і перадаваць большы крутоўны момант без дэфармацыі.

3. Палепшаная трываласць зуба на выгіб
   Мяккая пластычная аснова паглынае ўдары і нагрузкі, зніжаючы рызыку пералому зуба.

4. Выдатнае жыццё пры стомленасці
   Цэментаваныя шасцярні могуць працаваць дзясяткі тысяч гадзін у шматцыклічных умовах.

5. Зніжэнне трэння і цеплавыдзялення
   Больш плаўнае зачапленне зуб'яў забяспечвае больш ціхую і энергаэфектыўную трансмісію.

Дзякуючы гэтым перавагам, цэментацыя стала стандартнай тэрмічнай апрацоўкай дляаўтамабільнышасцярні, асабліва дляканічныя шасцярні, спіральныя шасцярні, вянцовыя шасцярні, дыферэнцыялы і трансмісійныя валы.

Працэс цэментацыі крок за крокам

Поўны працэс цэментацыі ўключае ў сябе некалькі этапаў, кожны з якіх уплывае на канчатковыя характарыстыкі:

1. Папярэдні нагрэў і аўстэнітызацыя

Шасцярні награваюцца да тэмпературы цэментацыі, пры якой сталь ператвараецца ў аўстэніт. Такая структура дазваляе вугляроду лёгка дыфундаваць.

2. Дыфузія вугляроду і ўтварэнне абалонак

Шасцярні ўтрымліваюцца ў асяроддзі, багатым на вуглярод (газ, вакуум або цвёрды цэментацыя). Атамы вугляроду дыфузіруюць унутр, утвараючы загартаваную абалонку пасля загартоўкі.

3. Загартоўка

Хуткае астуджэнне пераўтварае высокавугляродзісты павярхоўны пласт у мартэнсіт — надзвычай цвёрды і зносаўстойлівы.

4. Загартоўка

Пасля загартоўкі патрабуецца адпуск, каб паменшыць далікатнасць, павысіць трываласць і стабілізаваць мікраструктуру.

5. Канчатковая апрацоўка / шліфоўка

Тэрмаапрацаваныя шасцярні часта падвяргаюцца чыставому шліфаванню або прыцірцы для дасягнення дакладнай геаметрыі зуб'яў, гладкага малюнка кантакту і аптымальнага кантролю шуму.

Тыпы цэментацыі зубчастых колаў

Было распрацавана некалькі тэхналогій цэментацыі, кожная з якіх мае унікальныя перавагі.

Сярод іх,вакуумная цэментацыяусё часцей карыстаецца перавагай для дакладных зубчастых перадач дзякуючы раўнамернаму размеркаванню па корпусе, экалагічнасці і нізкай дэфармацыі.

Выбар матэрыялу для цэментацыі

Не ўсе сталі падыходзяць для цэментацыі. Ідэальнымі матэрыяламі з'яўляюцца нізкавугляродзістыя легаваныя сталі з добрай пракаліваемасцю і трываласцю асновы.

Распаўсюджаныя цэментаваныя сталі:

• 16MnCr5

• 20CrMnTi

• Сталь 8620 / 4320

• 18CrNiMo7-6

• SCM415 / SCM420

Гэтыя сталі дазваляюць глыбока загартоўваць, захоўваючы пры гэтым трывалую, пластычную аснову — ідэальна падыходзіць для цяжкіх зубчастых перадач.

Фактары якасці ў цэментаваных зубчастых колах

Каб дасягнуць стабільнай прадукцыйнасці, неабходна кантраляваць некалькі важных фактараў:

1. Павярхоўная канцэнтрацыя вугляроду

2. Эфектыўная глыбіня справы (ЭГС)

3. Захаваны ўзровень аўстэніту

4. Дэфармацыя і стабільнасць памераў

5. Аднастайнасць цвёрдасці (58–62 HRC на паверхні)

Добра кантраляваны працэс цэментацыі забяспечвае надзейную працу перадач на працягу многіх гадоў з мінімальным абслугоўваннем.

Прымяненне цэментаваных зубчастых колаў

Цубрэрызацыя шырока выкарыстоўваецца ў галінах прамысловасці, дзе важныя надзейнасць, дакладнасць і высокая трываласць нагрузак:

• Аўтамабільныя каробкі перадач і дыферэнцыялы

• Трактарная, горназдабыўная і цяжкая тэхніка

• Робататэхніка і аўтаматызаванае абсталяванне

• Рэдуктары ветраных турбін

• Аэракасмічныя прывады і трансмісіі турбін

• Марскія рухальныя сістэмы

Там, дзе шасцярні павінны вытрымліваць удары, ціск і працяглыя вярчальныя нагрузкі, цэментацыя з'яўляецца найбольш надзейным рашэннем.

Тэрмічная апрацоўка цэментацыяй ператварае звычайныя сталёвыя шасцярні ў высокапрадукцыйныя кампаненты, здольныя вытрымліваць складаныя ўмовы. Працэс умацоўвае паверхню ад зносу і стомленасці, захоўваючы пры гэтым трывалую ўнутраную аснову для ўстойлівасці да ўдараў. Па меры развіцця машынабудавання ў бок павышэння шчыльнасці магутнасці і эфектыўнасці, цэментаваныя шасцярні застануцца ключавой тэхналогіяй у сучасным машынабудаванні і сістэмах перадачы энергіі.