기어 모듈 및 심부 경도에 맞춘 침탄 경화 깊이 매칭
CHD는 법선 모듈의 0.15-0.25배로 설정됩니다: 모듈 2.5 이하에서는 0.6-0.9 mm, 모듈 5-10에서는 1.2-1.8 mm이며, 20CrMnTi는 표면 58-62 HRC입니다.
경화층을 추측하지 말고 치수를 정해야 하는 이유
중부하 기어링은 여전히 침탄 후 담금질을 기본 열처리 경로로 사용합니다. 제어 치수는 유효 침탄 경화 깊이(CHD)입니다. 즉, 플랭크 표면에서 수직으로 측정하여 경도가 550 HV로 떨어질 때까지의 거리입니다. 실제로는 이 수치를 법선 모듈에 연결하여 0.15–0.25 × 모듈 범위를 사용합니다. 이는 모듈이 2.5에 도달할 때 0.6–0.9 mm, 모듈이 5–10에 걸칠 때 1.2–1.8 mm가 됩니다. 너무 얇으면 헤르츠 접촉 응력이 플랭크를 압괴시키고, 너무 두꺼우면 치근이 취성화됩니다. 일반적인 20CrMnTi 조합은 표면에서 58–62 HRC, 내부에서 30–42 HRC를 제공합니다.
침탄 및 담금질 사이클이 하는 일
저탄소 합금강 기어는 오스테나이트 범위인 920–950°C의 탄소가 풍부한 분위기에서 유지되어 탄소가 표면층으로 이동합니다. 그런 다음 담금질은 이 농축된 표층을 고탄소 마르텐사이트로 변환하고 내부는 저탄소 및 인성 상태로 유지합니다. 마모, 피팅 및 스커핑은 경화된 표층으로 저항하고, 치근의 굽힘 하중은 연성 심부가 담당합니다.
침탄, 담금질, 그런 다음 160–200°C에서 2–3시간 템퍼링 — 이것이 표준 순서입니다. 템퍼링 중 담금질 응력이 완화되고, 치근 인성이 회복되며, 표면 경도는 약간만 희생됩니다.
일반적으로 선택되는 강재 중에는 20CrMnTi, 20CrMo, 17CrNiMo6 및 SAE 8620이 있습니다. 중국에서 중소형 모듈의 경우 20CrMnTi가 널리 사용됩니다. 경화능이 적당하고 유냉만으로 충분합니다.
유효 침탄 깊이 선택
CHD는 총 침탄 깊이와 다릅니다. 550 HV를 유지할 만큼 충분히 경화된 영역만 실제로 접촉 하중을 지지하므로 550 HV 경계가 의미 있는 경계입니다.
작업 규칙: CHD ≈ 0.15–0.25 × 법선 모듈.
| 법선 모듈 mn (mm) | CHD (mm) | 일반적인 적용 |
|---|---|---|
| ≤ 2.5 | 0.6 – 0.9 | 자동차 기어박스, 소형 감속기 |
| 2.5 – 5 | 0.9 – 1.3 | 일반 산업용 기어박스 |
| 5 – 10 | 1.2 – 1.8 | 중부하 기어박스, 압연기 드라이브 |
| > 10 | 1.6 – 2.5 | 광산 및 시멘트 밀 기어 |
층이 너무 얇으면 접촉 응력이 침탄층이 지지할 수 있는 한계를 초과하여 붕괴형 스폴링이 플랭크를 손상시킵니다. 너무 두꺼우면 잔류 응력이 재분배되어 치근이 취성 파괴에 더 취약해집니다. 두꺼운 것이 기본적으로 더 안전하지는 않습니다.
표면 및 심부 경도는 함께 지정해야 함
| 매개변수 | 값 | 기능 |
|---|---|---|
| 표면 경도 | 58–62 HRC (≈650–700 HV) | 마모, 스커핑 및 피팅 저항 |
| 심부 경도 | 30–42 HRC | 치근 굽힘 피로 강도, 인성 |
| 표면 탄소 함량 | 0.75–1.05% C | 마르텐사이트 경도, 잔류 오스테나이트 제어 |
심부 경도는 가장 자주 간과되는 값입니다. 대략 45 HRC를 초과하면 치근에는 거의 소성 여유가 없고 균열이 빠르게 전파됩니다. 약 28 HRC 미만으로 떨어지면 치근 강도가 사라져 굽힘 피로 수명이 단축됩니다. 노멀라이징 또는 담금질-템퍼링 상태의 20CrMnTi의 경우 심부는 일반적으로 30~38 HRC 사이에 안정됩니다.
측정 방법 및 실제 주의사항
침탄 깊이를 확립하는 두 가지 경로가 있습니다. 마르텐사이트 또는 탄화물 경계를 드러내는 에칭은 금속 조직학적 접근으로 빠르지만 정확도는 에칭 품질에 달려 있습니다. 경도 구배 트래버스는 결정적인 방법입니다. 표면에서 내부로 경도를 플롯하고 550 HV에서의 깊이를 읽습니다. 판독은 플랭크 중간과 치근에서 수행해야 하며, 두 위치는 다른 값을 요구할 수 있습니다.
주의 1: 도면에 “침탄 깊이 1.0 mm"라고 적혀 있으면 모호합니다. CHD인지 총 침탄 깊이인지 확인해야 합니다. 둘 사이의 차이는 0.2–0.4 mm이며, 잘못 추측하면 공급업체가 잘못된 사양을 향하게 됩니다.
주의 2: 연삭 여유를 침탄 목표에 추가해야 합니다. 플랭크당 0.2–0.3 mm가 제거되는 경우 CHD에 그 여유를 더하여 침탄하십시오. 그렇지 않으면 연삭 중에 경화 영역이 사라집니다. 폐기된 연삭 기어 중 상당수는 올바르게 연삭되었지만 처음부터 침탄층이 너무 얇았습니다.
주의 3: 나사 구멍, 오일 구멍 및 스플라인은 구리 도금 또는 0.03–0.05 mm의 스톱오프 페인트와 같은 침탄 방지 보호가 필요합니다. 그렇지 않으면 나사가 경화되고 취성화되어 조립 중에 치핑됩니다.
공정 창 및 일반적인 결함
탄소 포텐셜 0.75–1.05% C 및 온도 930 ± 10°C가 침탄 분위기를 정의합니다. 지속 시간은 목표 깊이와 노 부하에 의해 설정됩니다. 배치 노에서는 0.1 mm당 대략 1–1.5시간을 예산으로 잡으십시오. 담금질은 두 가지 경로 중 하나를 따를 수 있습니다. 직접 담금질은 침탄 온도에서 830–850°C로 냉각한 후 유냉합니다. 재가열 담금질은 먼저 천천히 냉각한 다음 재오스테나이트화하고 담금질합니다. 변형이 더 잘 제어되지만 사이클이 더 오래 걸립니다.
| 결함 | 증상 | 주요 원인 | 해결 |
|---|---|---|---|
| 표면 탈탄 / 내부 산화 | 연점, 낮은 플랭크 경도 | 높은 노점, 낮은 탄소 포텐셜 | 노 분위기 제어, CP 상승 |
| 조대 입자 | 조대 미세조직 | 너무 뜨겁거나 너무 김 | 온도 제어, 필요시 노멀라이징 |
| 공차 초과 변형 | 치형 정렬 오차 0.02–0.08 mm | 불균일 하중, 담금질 응력 | 대칭 하중, 연삭 여유 |
마무리 포인트
모듈은 침탄 깊이를 좌우하고, 재료 경화능은 심부 경도를 좌우하며, 후속 정밀 기어 가공 단계는 연삭 여유를 좌우합니다. 도면 승인 시 이 세 가지를 모두 확정하면 이후 재작업을 크게 피할 수 있습니다. 재료 및 공정 질문은 기어 제품 범위 및 역량 페이지를 통해 문의할 수 있습니다.