Temprato ad induzione, carburato o nitrurato? Scelta del trattamento termico per le cremagliere

Trattamento termico e rettifica di precisione in produzione

Parola chiave target:trattamento termico della cremagliera

Secondario:Cremagliera temprata ad induzione, ingranaggi di profondità cementati, durezza cremagliera HRC

Meta descrizione:Dati sulla durezza reale e profondità della cassa per cremagliere temprate a induzione, cementate e nitrurate - oltre al motivo per cui la tempra rovina la precisione e cosa dice la ricerca sulla profondità ottimale della cassa.

Sul disegno della cremagliera è presente un numero di durezza. Da dove viene?

Nella nostra esperienza, circa la metà delle volte è stato copiato da un disegno precedente e nessuno ricorda il motivo. L'altra metà è stata scelta perché più alta sembrava più sicura. Nessuna delle due è una buona ragione ed entrambe possono costarti denaro o un rack guasto.

Il trattamento termico su una cremagliera è una serie di compromessi-tra durezza superficiale, tenacità del nucleo, profondità della cassa, distorsione e prezzo. Sbagliando l'equilibrio si consumano i fianchi o si rompono i denti. Ecco cosa supportano effettivamente i dati pubblicati.

La tempra a induzione - il cavallo di battaglia

La tempra a induzione fa passare una corrente ad alta-frequenza attraverso una bobina attorno all'area del dente, riscaldando solo lo strato superficiale e quindi spegnendolo. Il nucleo non raggiunge mai la temperatura di austenitizzazione, quindi rimane tenace.

Figura 1. Intervalli di durezza superficiale e profondità della cassa in base al metodo di trattamento.

Durezza ottenibile, da fonti pubblicate:

Due vincoli rigidi determinano se un materiale può essere temprato ad induzione. Il processo richiede acciaio concontenuto di carbonio pari o superiore allo 0,30%.- sotto semplicemente non c'è abbastanza carbonio per formare la martensite. Nella fascia alta, il carbonio dovrebbe rimanere al di sotto dello 0,55% circa, con bassi livelli di zolfo e fosforo, per ridurre la possibilità di cracking.

Questa finestra, dallo 0,30% allo 0,55% di carbonio, è proprio il motivo per cui S45C e 42CrMo4 (SCM440) dominano la produzione di rack. Non è tradizione; è la metallurgia.

Una limitazione è più importante di quanto ci si aspetti: anche quando il fianco e la punta del dente si induriscono correttamente, la radice del dente spesso non lo fa.

La radice del dente è il punto in cui iniziano le crepe da fatica da flessione. Se la modalità di guasto è l'affaticamento della radice piuttosto che l'usura sui fianchi, la tempra a induzione potrebbe non risolvere il problema riscontrato. Lo studio FZG conferma la geometria di questo direttamente - per tutti gli ingranaggi temprati a induzione-testati, "il contorno di tempra è più spesso sui fianchi del dente e più basso nell'area della tangente di 30 gradi al raccordo della radice del dente."

La penalità di precisione che nessuno menziona nella citazione

L'indurimento distorce la parte. Su un rack lungo e sottile, quella distorsione si trasforma direttamente in errore di intonazione.

Quando si utilizza la tempra a induzione, la precisione dell'ingranaggio viene ridotta dalla deformazione dopo il riscaldamento. Se si desidera un'elevata precisione, è necessario rettificare i denti successivamente.

La dimensione dell'effetto è visibile nel modo in cui i rack vengono classificati in base al processo:

Lo stesso rack che misura DIN 10 (< 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.

Si tratta di un fattore di precisione da quattro a otto, recuperato da un'operazione di finitura. Come si fa: "Durante la fresatura dei denti viene lasciato materiale extra in modo che possano essere molati dopo l'indurimento."

Quindi la vera specifica non è "temprato a induzione". È "temprato ad induzione".e macinato dopo l'indurimento." Se il tuo disegno dice la prima cosa e la tua applicazione necessita della seconda, rimarrai deluso da un rack tecnicamente conforme.

Una conseguenza pratica che vale la pena conoscere prima di pianificare la lavorazione: le operazioni secondarie sono normalmente possibili su cremagliere in qualsiasi condizione tranne i denti temprati a induzione-. Praticare i fori di montaggio prima dell'indurimento, non dopo.

Carburazione - quando hai bisogno di una custodia rigida e di un nucleo resistente

La carburazione diffonde il carbonio nella superficie di un acciaio a basso-carbonio, quindi si spegne. Alla fine ti ritroverai con una custodia rigida ad alto-carbonio su un nucleo resistente-a basso contenuto di carbonio.

Pratica di cementazione standard per la produzione di ingranaggi e cremagliere.

Per il 16MnCr5 (EN 10084, 1.7131), uno dei gradi standard europei per cementazione-, sono stati pubblicati i dati dopo un'adeguata cementazione e tempra (Acciaio Otai):

Durezza superficiale:58–62 HRC

Profondità effettiva del caso:0,6–1,2 mm tipico

Durezza del nucleo:28–35 HRC

Resistenza alla trazione del nucleo (condizione cementata): 850–1000 MPa, snervamento ~550 MPa

Il valore della durezza del nucleo è il punto centrale dell'intero esercizio. A 28–35 HRC il nucleo assorbe ancora gli urti e resiste alla propagazione delle crepe, mentre la cassa a 58–62 HRC resiste alla vaiolatura e all'usura. Un rack-indurito a 55 HRC non ha tale riserva - è completamente duro e corrispondentemente fragile.

La cementazione costa di più, richiede più tempo e distorce di più rispetto alla tempra ad induzione. Specificarlo quando lo stress da contatto è veramente elevato ed è presente un carico d'urto.

Quanto dovrebbe essere profondo il caso? La ricerca ha un numero

È qui che la maggior parte delle specifiche sono supposizioni, quindi vale la pena citare ricerche reali.

Figura 2. La resistenza alla flessione della radice diminuisce quando la profondità dell'involucro supera 0,25 x modulo (dati di ricerca FZG / TU Munchen).

Uno studio condotto da FZG presso la TU München (FVA 660 II, pubblicato tramite AGMA 22FTM14) ha testato ingranaggi 42CrMo4 a moduli normali di 14 mm e 20 mm con tempra a induzione gap-by-gap, misurando la resistenza alla flessione della radice del dente rispetto alla profondità di tempra superficiale (SHD400, la profondità fino al limite di 400 HV1).

Risultati, citati direttamente:

"sembra che ci sia un SHD400 ottimale nell'intervallo compreso tra 0,15 e 0,25 × m_n."

"La resistenza alla flessione della radice del dente della variante con un SHD di 0,35 × m_n raggiunge solo l'80% della resistenza alla flessione della radice del dente delle varianti con un SHD inferiore."

Più profondo è peggio. Un caso a 0,35 × modulo perde un quinto della sua resistenza alla flessione della radice rispetto a 0,15–0,25 × modulo.

Il meccanismo è lo stress residuo. Una cassa indurita poco profonda lascia la superficie in compressione, il che sopprime l'innesco di cricche. Se si spinge troppo in profondità la custodia, lo strato di compressione si indebolisce e la zona di transizione si sposta in una regione di elevato stress di flessione.

In pratica, per un rack modulo 4, tale intervallo è compreso tra 0,6 e 1,0 mm. Per modulo 8, da 1,2 a 2,0 mm. Condizioni raccomandate dallo studio, per ingranaggi di dimensioni m_n=14 fino a 20 mm: SHD400 a 0,15–0,25 × m_n, più o meno uguali sui fianchi sinistro e destro, durezza superficiale 650–750 HV, nessuna fessura da indurimento.

Vale la pena conoscere un dato correlato dello stesso studio se si dispone di un'applicazione-critica alla fatica: la variante granigliata-ha raggiunto un numero di sollecitazione di flessione nominale di quasi 600 N/mm², circa il 30% superiore rispetto al riferimento non sabbiato e superiore al confronto cementato-indurito. La pallinatura induce uno stress residuo di compressione e funziona.

A fronte di ciò, la norma ISO 6336-5 classifica la superficie-ingranaggi temprati di circa il 20% sotto la cassa-ingranaggi temprati per la massima sollecitazione consentita. La cementazione vince ancora in termini di capacità grezza: la tempra a induzione e la pallinatura colmano semplicemente il divario a costi inferiori.

Nitrurazione - dura, sottile e appena distorta

La nitrurazione diffonde l'azoto nella superficie, tipicamente a bassa temperatura520 gradi (Bodycote). Nessun quench, nessuna trasformazione di fase, distorsione minima.

Lo strato ha due zone: uno strato composto "bianco" che fornisce "elevata resistenza all'usura, allo sfregamento, al grippaggio e al grippaggio" e uno strato di diffusione sottostante che fornisce "una migliore resistenza alla fatica" e supporta lo strato composto.

Due vincoli decidono se la nitrurazione è disponibile per te:

Materiale.È "più efficace se applicato alla gamma di acciai contenenti elementi che formano nitruri-come cromo, molibdeno, vanadio e alluminio". Tutti i materiali ferrosi possono essere nitrurati gassosamente fino al 5% di cromo; sopra, nitrurazione al plasma. Criticamente, per l'acciaio al carbonio semplice: "A causa della mancanza di elementi di lega, l'acciaio AISI 1045 non risponde al processo di nitrurazione" (AZoM). Se il tuo rack è C45, la nitrurazione non è un'opzione.

Profondità della cassa.Le custodie nitrurate sono sottili. Per 38CrMoAl, un grado specifico per la nitrurazione-, i dati pubblicati sono 900–1100 HV (~65–70 HRC) con un caso di soli0,3–0,6 mm.

Quella custodia sottile è il limite. Sotto forte stress da contatto hertziano, uno strato sottile e duro sopra un substrato più morbido può subire uno schiacciamento - lo strato collassa nel nucleo sottostante. La nitrurazione è adatta alle cremagliere dove prevalgono usura e grippaggio e lo stress da contatto è moderato e dove la distorsione deve essere minima perché la cremagliera è già finita-rettificata.

Il materiale deve essere indurito e rinvenuto prima della nitrurazione per ottenere risultati ottimali.

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Domande frequenti

60 HRC sono migliori di 50 HRC su un rack?

Non automaticamente. Una maggiore durezza significa una migliore resistenza all'usura e una peggiore tenacità. Un rack da 60 HRC in un'applicazione con carico d'urto- scheggerà i denti tanto che un rack da 50 HRC potrebbe sopravvivere. Abbina la durezza alla modalità di guasto rispetto alla quale stai progettando.

Posso temprare a induzione una cremagliera C45 dopo aver lavorato i fori di montaggio?

È possibile, ma la distorsione influisce sulla posizione del foro, sulla planarità e sul passo dei denti. La pratica standard consiste nell'evitare operazioni secondarie su rack rinforzati a induzione-. Prima macchina, poi indurimento.

Perché la mia cremagliera indurita ha una consistenza del gioco peggiore rispetto a quella morbida che ha sostituito?

Quasi sicuramente distorsione da indurimento, se i denti non sono stati successivamente molati. L'errore di passo pubblicato per le cremagliere non rettificate-temprate a induzione- è di circa ±0,200 mm/m contro ±0,150 mm/m per una cremagliera morbida - la cremagliera temprata è effettivamente meno precisa.

Che durezza deve avere il pignone rispetto alla cremagliera?

Uguale o più difficile. Poiché il pignone è sottoposto al maggior numero di cicli, la sua durezza e classe di qualità dovrebbero sempre essere uguali o superiori a quelle della cremagliera. Il pignone effettua molti giri per metro di corsa della cremagliera, quindi accumula cicli di contatto molto più velocemente.

Una maggiore profondità del case significa sempre una maggiore durata?

No, e i dati FZG sono espliciti: a 0,35 × modulo la resistenza alla flessione della radice scende all’80% del valore a 0,15–0,25 × modulo. Specificare eccessivamente-la profondità del caso costa denaro e riduce la robustezza.

Tianjin OuNaiDa Transmissions Technology gestisce internamente apparecchiature per la tempra e la rettifica dei denti e fornisce cremagliere nei gradi S45C, 42CrMo4 e cementazione-. Comunicaci il carico, le caratteristiche dell'urto e l'obiettivo di precisione e ti consiglieremo il trattamento anziché limitarci a citare la durezza richiesta.

Cremagliere temprate ad induzione, moduli da M5 a M8