Fogaskerekek karbonizálása hőkezeléssel: A szilárdság, a tartósság és a teljesítmény fokozása

A modern erőátviteli rendszerekben a fogaskerekeknek extrém körülmények között kell működniük: nagy nyomaték, folyamatos forgás, nagy terhelés, ingadozó sebesség és hosszú munkaciklusok. A hagyományos ötvözött acélok, még a jó belső keménységgel is, gyakran nem képesek ellenállni az ilyen igényes alkalmazásoknak felületi meghibásodás, fogmarás, horzsolás, kopás és fáradásos repedések nélkül. Ezen kihívások leküzdésére a hőkezelés elengedhetetlen lépés a fogaskerék-gyártásban, és az összes módszer közül...karbonizálásaz egyik leghatékonyabb felületkeményítő eljárásként tűnik ki.

A karbonizálás (más néven betétedzés) egy kohászati ​​technika, amely során magas hőmérsékleten szenet juttatnak az acél fogaskerekek felületi rétegébe. A kioltás után a felület kemény martenzites héjjá alakul, miközben a mag megőrzi szívósságát és ütésállóságát. Ez a kombináció kívül kemény, belül szívós. Ezért a cementált fogaskerekeket széles körben használják autóipari sebességváltókban, ipari sebességváltókban, nehézgépekben, bányászati ​​berendezésekben, repülőgépipari hajtásokban és robotikában.

Mi a karbonizálás?

A karbonizálás egy diffúzión alapuló hőkezelés, amelyet jellemzően 880°C és 950°C közötti hőmérsékleten végeznek. Az eljárás során a fogaskerekeket szénben gazdag atmoszférában melegítik. A szénatomok diffundálnak az acél felületi rétegébe, növelve annak széntartalmát. A szükséges ideig tartó áztatás után a fogaskerekeket gyorsan edzik, így edzett martenzites burkolatot hoznak létre.

A szén behatolási mélységét tokmélységnek nevezik, és a hőmérséklet, a tartási idő és a szénpotenciál változtatásával szabályozható. A célzott tokmélység általában 0,8 mm és 2,5 mm között mozog, az alkalmazástól, a fogaskerék méretétől és a szükséges teherbírástól függően.

Miért kell a fogaskerekeket karbonizálni?

A karbonizálás nemcsak a keménység növeléséről szól, hanem jelentősen javítja a teljesítményt valós munkakörülmények között. A legfontosabb előnyök a következők:

1. Nagy kopásállóság
   Az edzett felület megakadályozza az abrazív kopást, a gödrösödést, a mikro lepattogzást és a felületi kifáradás okozta károkat.

2. Nagyobb teherbírás
   A karbonizált fogaskerekek nagyobb terheket tudnak szállítani és nagyobb nyomatékot tudnak továbbítani deformáció nélkül.

3. Fokozott foghajlító erő
   A puha, képlékeny mag elnyeli az ütéseket és az ütéseket, csökkentve a fogtörés kockázatát.

4. Kiváló fáradtságállóság
   A karbonizált fogaskerekek több tízezer órán át működhetnek nagy ciklusszámú körülmények között.

5. Csökkentett súrlódás és hőtermelés
   A simább fogkapcsolat csendesebb és energiatakarékosabb hajtást biztosít.

Ezen előnyök miatt a karbonizálás a hőkezelés standardjává vált.autóiparifogaskerekek, különösenferde fogaskerekek, ferde fogaskerekek, tányérkerekek, differenciálmű-fogaskerekek és erőátviteli tengelyek.

A karbonizálási folyamat lépésről lépésre

A teljes karbonizálási folyamat több szakaszból áll, amelyek mindegyike befolyásolja a végső teljesítményt:

1. Előmelegítés és ausztenitesítés

A fogaskerekeket a cementálási hőmérsékletre hevítik, ahol az acél ausztenitté alakul. Ez a szerkezet lehetővé teszi a szén könnyű diffúzióját.

2. Széndiffúzió és tokképződés

A fogaskerekeket szénben gazdag környezetben (gáz, vákuum vagy szilárd karbonizálószer) tartják. A szénatomok befelé diffundálnak, és edzés után megkeményedett burkolatot képeznek.

3. Kioltás

A gyors hűtés a magas széntartalmú felületi réteget martenzitté alakítja – rendkívül kemény és kopásállóvá.

4. Edzés

A kioltás után megeresztésre van szükség a ridegség csökkentése, a szívósság javítása és a mikroszerkezet stabilizálása érdekében.

5. Végső megmunkálás / Csiszolás

A hőkezelt fogaskerekek gyakran simítócsiszoláson vagy leppelésen esnek át a pontos foggeometria, a sima érintkezési minta és az optimális zajszabályozás elérése érdekében.

A fogaskerekek karbonizálásának típusai

Számos karbonizálási technológiát fejlesztettek ki, mindegyik egyedi előnyökkel.

Köztük,vákuumos karbonizálásEgyenletes házelosztása, környezetbarát jellege és alacsony torzulása miatt egyre inkább előnyben részesítik a precíziós fogaskerekek esetében.

Anyagválasztás a karbonizáláshoz

Nem minden acél cementálásbarát. Az ideális anyagok az alacsony széntartalmú ötvözött acélok, amelyek jó edzhetőségűek és szívósak.

Gyakori cementáló acélok:

• 16MnCr5

• 20CrMnTi

• 8620 / 4320 acél

• 18CrNiMo7-6

• SCM415 / SCM420

Ezek az acélok mélyreható edzést tesznek lehetővé, miközben erős, képlékeny magot tartanak fenn – tökéletesek nagy teherbírású fogaskerekekhez.

Minőségi tényezők a karbonizált fogaskerekekben

A stabil teljesítmény eléréséhez számos kritikus tényezőt kell szabályozni:

1. Felszíni szénkoncentráció

2. Effektív esetmélység (ECD)

3. Megőrzött ausztenit szint

4. Torzítás és méretstabilitás

5. Keménységegyenletesség (58–62 HRC a felületen)

A jól szabályozott cementálási folyamat biztosítja a fogaskerekek évekig tartó megbízható működését minimális karbantartással.

Karburált fogaskerekek alkalmazásai

A karbonizálást széles körben alkalmazzák olyan iparágakban, ahol a megbízhatóság, a pontosság és a nagy teherbírás elengedhetetlen:

• Autóipari sebességváltók és differenciálművek

• Traktor, bányászati ​​és nehézgépek

• Robotika és automatizálási eszközök

• Szélturbina sebességváltók

• Repülőgépipari hajtások és turbinaváltók

• Tengeri meghajtási rendszerek

Ahol a fogaskerekeknek ütéseket, nyomást és hosszú távú forgó igénybevételt kell elviselniük, a cementálás a legmegbízhatóbb megoldás.

A karbonizálásos hőkezelés a hagyományos acél fogaskerekeket nagy teljesítményű alkatrészekké alakítja, amelyek képesek ellenállni a nehéz környezeti feltételeknek. Az eljárás megerősíti a felületet a kopás és a kifáradás ellen, miközben megőrzi a szívós belső magot az ütésállóság érdekében. Ahogy a gépek a nagyobb teljesítménysűrűség és hatékonyság felé fejlődnek, a karbonizált fogaskerekek továbbra is kulcsfontosságú technológiát jelentenek a modern mérnöki és erőátviteli rendszerekben.