Einsatzhärten und Härten von Zahnrädern: Qualitätskontrolle und Prozessvariablen

Einsatzhärten und Härten von Zahnrädern: Qualitätskontrolle und Prozessvariablen

Kernaussage: Einsatzhärten plus Härten bleibt die bevorzugte Wärmebehandlung für Verzahnungen unter hoher Last. Die Abnahme stützt sich auf drei Messgrößen: Einsatzhärtungstiefe, Oberflächenhärte und wirksame Einsatzhärtungstiefe. Halten Sie das Kohlenstoffpotential innerhalb ±0,05%C und härten Sie bei Ac3 + 30~50°C, und das Ergebnis ist eine Kernzähigkeit von mindestens 40J/cm² zusammen mit 58~62HRC an der Oberfläche — der Mindeststandard, den ein zuverlässiges Zahnrad erfüllen muss.

1. Was der Prozess umfasst

Zahnräder aus niedriglegierten Kohlenstoffstählen — typischerweise 20CrMnTi, 20CrNiMo und 18CrNiMo7-6 — befinden sich in einer kohlenstoffreichen Atmosphäre bei Austenitisierungstemperatur (900~950°C). Kohlenstoff wandert in die Randschicht ein, wonach schnelles Abkühlen diese Schicht in hochkohlenstoffhaltigen Martensit umwandelt. Das Ergebnis ist ein Verbundwerkstoff: eine verschleißfeste harte Haut, die einen Kern umhüllt, der duktil und zäh bleibt.

Wann immer ein hochpräzises Hochlast-Zahnrad beteiligt ist, ist die in ISO 6336-5 festgelegte Bewertung der Randschichthärte die Methode, die PinyiGear verwendet.

2. Fehlerarten und wie ihnen begegnet wird

2.1 Verformung über die Grenzen hinaus

Typische Auslöser sind ungleichmäßige Erwärmung, zu aggressive Abkühlung oder eine asymmetrische Zahnradgeometrie. Begegnen Sie dem mit einer 500°C-Vorwärmung von 30 min Dauer, gefolgt von Formhärten.

2.2 Oberflächenhärte unter 58HRC

Ursache ist meist eine zu niedrig eingestellte Härtetemperatur oder eine unzureichende Kühlleistung. Überprüfen Sie die Öltemperatur (optimal: 40~80°C) und tauschen Sie gealterte Kühlmedien aus.

2.3 Ablösung der Einsatzschicht

Die Verantwortung liegt bei einem Kohlenstoffgradienten, der über die Übergangszone zu steil abfällt. Fügen Sie der Diffusionsstufe 1~2h hinzu, und der Kohlenstoffabfall wird allmählicher.

3. Steuerung der drei Kernparameter

3.1 Härtetemperatur und Abkühlgeschwindigkeit

Ac3 + 30~50°C ist die empfohlene Härtetemperatur, was in der Praxis 810~840°C bedeutet. Welches Kühlmedium verwendet wird, richtet sich nach dem Bauteil:

• Ölhärtung — funktioniert für Zahnräder mit Modul ≤ 8, die Verformung bleibt beherrschbar
• Salzbad / Formhärten — die Wahl für dünnwandige Teile oder große Präzisionszahnräder, wodurch die Verformung innerhalb von 0,05mm bleibt

3.2 Oberflächenkohlenstoffgehalt

Ein Oberflächenkohlenstoff-Massenanteil von 0,75% ~ 0,95%C ist optimal. Gehen Sie über 1,0%C hinaus, treten zwei Probleme auf: Netzwerkzementitausscheidung, die die Kontaktermüdungslebensdauer verringert, und Restaustenit über 20%, der die Härte senkt. Fallen Sie unter 0,7%C, wird die Untergrenze der Oberflächenhärte von 58HRC unerreichbar.

3.3 Einsatzhärtungstiefe

Empirische Formel für die Untergrenze: CHD ≈ 0,2 × (Modul + 1).

4. Hinweise aus der Werkstatt

Basierend auf der Produktionserfahrung von PinyiGear hängen 60% des Einsatzhärtungserfolgs von der Anordnung der Ofenbeladung ab. Positionieren Sie Zahnräder mit den Zahnflanken nach oben und halten Sie den Abstand gleichmäßig (≥10mm zwischen den Zahnrädern), damit der Gasfluss gleichmäßig bleibt; dies verhindert den bekannten Fehler einer dünnen Einsatzschicht am Zahnfuß bei gleichzeitig zu viel Kohlenstoff an der Zahnspitze. Validieren Sie den Prozess vor der Serienproduktion durch zerstörende Prüfung (Mikrohärteverlauf) am ersten Werkstück.

5. Referenzen

• PinyiGear Werksspezifikation

Hinweise zusammengestellt für technisches Studium von PinyiGear Co., Ltd. — www.dgpinyi.com