기어의 침탄 및 담금질: 품질 관리와 공정 변수

기어의 침탄 및 담금질: 품질 관리와 공정 변수

핵심 요약: 침탄과 담금질은 중부하 조건의 기어에 계속해서 가장 많이 사용되는 열처리 방법입니다. 합격 여부는 침탄 깊이, 표면 경도, 유효 침탄 깊이의 세 가지 측정값에 달려 있습니다. 탄소 포텐셜을 ±0.05%C 이내로 유지하고 Ac3 + 30~50°C에서 담금질하면, 표면 경도 58~62HRC와 함께 최소 40J/cm²의 심부 인성을 얻을 수 있습니다. 이는 신뢰할 수 있는 기어가 충족해야 하는 최소 기준입니다.

1. 공정 개요

저탄소 강종(일반적으로 20CrMnTi, 20CrNiMo, 18CrNiMo7-6)으로 만든 기어를 오스테나이트화 온도(900~950°C)의 탄소가 풍부한 분위기에 넣습니다. 탄소가 외층으로 확산되고, 이후 급속 냉각으로 그 층이 고탄소 마르텐사이트로 변태합니다. 그 결과 내마모성의 단단한 표면층이 연성과 인성을 유지하는 심부를 감싸는 복합 구조가 됩니다.

고정밀 중부하 기어가 관련될 때마다, ISO 6336-5에 명시된 경화층 경도 품질 평가가 PinyiGear가 사용하는 방법입니다.

2. 결함 모드 및 대응 방법

2.1 한계를 초과한 변형

일반적인 원인은 불균일한 가열, 지나치게 급격한 냉각, 또는 비대칭 기어 형상입니다. 500°C에서 30분간 예열한 후 다이 프레스 담금질로 대응합니다.

2.2 표면 경도 58HRC 미만

보통 담금질 온도가 너무 낮게 설정되었거나 냉각 능력이 부족한 것이 원인입니다. 오일 온도(최적: 40~80°C)를 확인하고 노화된 냉각 매체를 교체하십시오.

2.3 경화층 박리

원인은 전이 영역에서 탄소 구배가 너무 급격히 떨어지는 것입니다. 확산 단계를 1~2시간 추가하면 탄소 감소가 더 완만해집니다.

3. 세 가지 핵심 매개변수 제어

3.1 담금질 온도와 냉각 속도

Ac3 + 30~50°C가 권장 담금질 온도이며, 실제로는 810~840°C를 의미합니다. 어떤 냉각 매체를 사용할지는 부품에 따라 결정됩니다:

• 오일 담금질 — 모듈 ≤ 8 기어에 적합하며 변형이 관리 가능한 수준으로 유지됩니다.
• 염욕 / 다이 담금질 — 박벽 부품이나 대형 정밀 기어에 선택되며, 변형을 0.05mm 이내로 유지합니다.

3.2 표면 탄소 함량

표면 탄소 질량 분율은 0.75% ~ 0.95%C가 최적입니다. 1.0%C를 초과하면 두 가지 문제가 나타납니다: 접촉 피로 수명을 단축시키는 망상 탄화물 석출과, 경도를 떨어뜨리는 20% 이상의 잔류 오스테나이트입니다. 0.7%C 미만으로 떨어지면 58HRC 표면 경도 하한에 도달할 수 없습니다.

3.3 침탄 깊이

하한에 대한 경험식: CHD ≈ 0.2 × (모듈 + 1).

4. 현장 작업 노트

PinyiGear의 생산 경험에 따르면, 침탄 성공의 60%는 로 장입 배열에 달려 있습니다. 기어의 치면이 위로 향하도록 배치하고 간격을 균일하게 유지하십시오(기어 간 ≥10mm). 이렇게 하면 가스 흐름이 균일하게 유지되어, 뿌리 부분의 침탄 깊이가 얇고 끝 부분의 탄소가 과다한 익숙한 결함을 방지할 수 있습니다. 양산 전에 첫 번째 제품에 대한 파괴 시험(미세 경도 측정)을 수행하여 공정을 검증하십시오.

5. 참고 문헌

• PinyiGear 공장 사양

PinyiGear Co., Ltd.의 기술 연구를 위해 작성된 노트 — www.dgpinyi.com