Pengkarbonan dan Pengejutan Gear: Mengawal Keseragaman Kedalaman Lapisan dan Distorsi

Bagaimana Pengerasan Lapisan Memanjangkan Hayat Lesu Gear

Pengkarbonan bersama pengejutan masih merupakan kaedah pengerasan lapisan yang dominan untuk gear transmisi. Ia menghasilkan lapisan luar yang keras disokong oleh teras yang mulur. Gred aloi dengan kandungan karbon rendah, 20CrMnTi sebagai contoh tipikal, menjalani pengkarbonan antara 920°C dan 950°C, diikuti dengan pengejutan dan pembajaan suhu rendah. Rusuk gigi kemudian mencapai HRC 58–62 manakala teras berada pada HRC 30–42. Hayat lesu meningkat sebanyak faktor 3–5. Gred ketepatan yang akhirnya boleh dicapai oleh gear bergantung pada sejauh mana distorsi rawatan haba dikekalkan pada 0.05–0.15 mm.

Asas Proses dan Pilihan Medium

Mekanisme Pengkarbonan dan Pengejutan

Atmosfera kaya karbon membekalkan atom karbon yang meresap ke dalam permukaan keluli karbon rendah yang mengandungi 0.10%–0.25%C. Pengejutan dan pembajaan selepas itu menghasilkan struktur bergradasi: lapisan martensit karbon tinggi di atas teras martensit terbaja karbon rendah.

Tiga Medium Pengkarbonan Dibandingkan

• Pengkarbonan gas: propana ditambah gas pembawa
  • Julat suhu: 920–950°C
  • Kadar penembusan karbon (mm/j): 0.15–0.35
  • Kegunaan biasa: pengeluaran kelompok, perkhidmatan pengkarbonan gear
• Pengkarbonan vakum: asetilena
  • Julat suhu: 950–1050°C
  • Kadar penembusan karbon (mm/j): 0.25–0.50
  • Kegunaan biasa: gear berketepatan tinggi, gelang dalaman
• Pengkarbonan rendaman garam: garam sianida
  • Julat suhu: 900–930°C
  • Kadar penembusan karbon (mm/j): 0.20–0.40
  • Kegunaan biasa: gear modulus kecil

Pengoksidaan antara butiran dihapuskan sepenuhnya oleh pengkarbonan vakum, dan distorsi kekal minimum. Untuk gear transmisi berketepatan, inilah sebabnya kaedah ini kini diutamakan.

Kedalaman Lapisan Efektif: Nilai Disyorkan dan Pengesahan

ECD ialah jarak serenjang dari permukaan ke lokasi di mana kekerasan menurun kepada 550 HV.

Punca Distorsi

Sejauh mana gear bergerak semasa pengejutan ditentukan oleh beberapa faktor:

• Rawatan pra-haba: penormalan digabungkan dengan pembajaan suhu tinggi mengurangkan tegasan pemesinan dan menurunkan distorsi pengejutan sebanyak 30%–50%.
• Suhu pengejutan: hasil terbaik diperoleh pada 30–50°C melebihi Ac3; melebihi ini meningkatkan risiko distorsi.
• Medium pengejutan: minyak panas yang dikekalkan pada 80–120°C menghasilkan distorsi 40%–60% lebih rendah daripada minyak sejuk.
• Pemuatan relau: letakkan gear secara menegak atau gantung pada lekapan khusus; jangan susun bertindan.

Kecacatan, Punca Utama dan Penyelesaian

• Kecacatan — Kekerasan tidak mencukupi: permukaan gigi di bawah HRC 55
  • Punca utama: kepekatan pengkarbonan rendah atau pengejutan lemah
  • Penyelesaian: tingkatkan potensi karbon kepada 0.8%–1.0%C; sahkan suhu minyak
• Kecacatan — Distorsi berlebihan: sisihan plumbum melebihi 0.15 mm
  • Punca utama: tegasan pengejutan tidak sekata, elaun pengisaran tidak mencukupi
  • Penyelesaian: perkenalkan penyepuhlindapan pelepas tegasan; optimumkan reka bentuk kosong gear
• Kecacatan — Penyahkarbonan permukaan: lapisan ferit pada permukaan
  • Punca utama: potensi karbon relau tidak mencukupi atau pengedap yang lemah
  • Penyelesaian: kawal tekanan relau dan kalibrasi probe oksigen secara berkala
• Kecacatan — Pengoksidaan antara butiran: rangkaian hitam sepanjang sempadan butiran
  • Punca utama: bendasing O₂/H₂O dalam atmosfera relau
  • Penyelesaian: gunakan gas pembawa berketulenan tinggi; amalkan pengkarbonan vakum

Nota dari Lantai Kilang

Petua 1: Kerja baru-baru ini pada gear serong pilin m=5 mengikut DIN 6 memerlukan pengkarbonan vakum dengan pengerasan martemper. Selepas tiga pusingan pelarasan proses, distorsi dikekalkan dalam 0.08 mm dan hasil pemeriksaan lulus pertama mencapai 92%.

Petua 2: Menambah penyepuhlindapan pelepas tegasan 650°C × 2j sebelum pengkarbonan mengurangkan kejadian retak pengisaran daripada 5% kepada bawah 0.3%. Kos tambahan berjumlah kira-kira $1.2 sekeping.

Petua 3: Untuk kekerapan pemeriksaan, proses tidak kurang daripada 3 kupon setiap muatan relau untuk metalografi, profil kecerunan kekerasan, dan analisis patah. Apabila gear modulus besar dijalankan, sahkan kekerasan rusuk gigi pada setiap gigi bagi setiap gear.

Rujukan

1. ISO 2639:2002 — Keluli — Penentuan dan pengesahan kedalaman efektif lapisan terkarbon dan terkera
2. AGMA 2001-D04 — Pengerasan dan Rawatan Haba Gear
3. Dokumentasi dalaman PinyiGear — jilid rawatan haba
4. Terokai keupayaan pembuatan ketepatan gear dan penyelesaian gear tersuai

Nota Pembelajaran Harian · PinyiGear · 2026-07-10