Цементация и закалка зубчатых колёс: контроль качества и параметры процесса

Цементация и закалка зубчатых колёс: контроль качества и параметры процесса

Ключевой вывод: Цементация с последующей закалкой остаётся основным методом термической обработки зубчатых передач, работающих под тяжёлой нагрузкой. Приёмка основывается на трёх измерениях: глубина цементованного слоя, твёрдость поверхности и эффективная глубина цементованного слоя. Поддерживайте углеродный потенциал в пределах ±0,05%C и закаливайте при Ac3 + 30~50°C, и результатом будет вязкость сердцевины не менее 40J/cm² наряду с твёрдостью поверхности 58~62HRC — минимальный стандарт, которому должно соответствовать надёжное зубчатое колесо.

1. Что включает процесс

Зубчатые колёса из низкоуглеродистых марок — обычно 20CrMnTi, 20CrNiMo и 18CrNiMo7-6 — находятся в углеродсодержащей атмосфере при температуре аустенитизации (900~950°C). Углерод мигрирует в наружный слой, после чего быстрое охлаждение превращает этот слой в высокоуглеродистый мартенсит. В результате получается композит: износостойкая твёрдая оболочка, покрывающая сердцевину, которая остаётся пластичной и вязкой.

Когда речь идёт о высокоточном тяжелонагруженном зубчатом колесе, оценка качества твёрдости цементованного слоя, изложенная в ISO 6336-5, является методом, который использует PinyiGear.

2. Виды дефектов и способы их устранения

2.1 Искажение формы сверх допустимых пределов

Типичные причины — неравномерный нагрев, слишком интенсивное охлаждение или несимметричная геометрия зубчатого колеса. Противодействие: предварительный нагрев до 500°C в течение 30 мин, затем закалка в штампах.

2.2 Твёрдость поверхности ниже 58HRC

Обычно причина — слишком низкая температура закалки или недостаточная охлаждающая способность. Проверьте температуру масла (оптимально: 40~80°C) и замените охлаждающую среду, которая состарилась.

2.3 Отслоение цементованного слоя

Ответственность лежит на градиенте углерода, который слишком резко падает в переходной зоне. Добавьте 1~2 ч к стадии диффузии, и снижение углерода станет более плавным.

3. Контроль трёх основных параметров

3.1 Температура закалки и скорость охлаждения

Ac3 + 30~50°C — рекомендуемая температура закалки, что на практике означает 810~840°C. Выбор охлаждающей среды зависит от детали:

• Закалка в масле — подходит для зубчатых колёс с модулем ≤ 8, искажения остаются управляемыми
• Соляная ванна / закалка в штампах — выбор для тонкостенных деталей или крупных точных зубчатых колёс, позволяющий удерживать искажения в пределах 0,05 мм

3.2 Содержание углерода на поверхности

Оптимальная массовая доля углерода на поверхности — 0,75% ~ 0,95%C. При превышении 1,0%C появляются две проблемы: выделение сетчатого карбида, что снижает контактную усталостную долговечность, и остаточный аустенит выше 20%, что снижает твёрдость. При снижении ниже 0,7%C минимальная твёрдость поверхности 58HRC становится недостижимой.

3.3 Глубина цементованного слоя

Эмпирическая формула для нижнего предела: CHD ≈ 0,2 × (Модуль + 1).

4. Замечания для цеха

Опираясь на производственный опыт PinyiGear, 60% успеха цементации зависит от схемы загрузки печи. Располагайте зубчатые колёса зубьями вверх и поддерживайте равномерный зазор (≥10 мм между колёсами), чтобы поток газа оставался равномерным; это предотвращает знакомый дефект — тонкий слой у ножки зуба в сочетании с избытком углерода у вершины. Перед серийным производством проверьте процесс, проведя разрушающий контроль (измерение микротвёрдости по сечению) на первой детали.

5. Ссылки

• Заводская спецификация PinyiGear

Примечания подготовлены для технического изучения компанией PinyiGear Co., Ltd. — www.dgpinyi.com