การควบคุมความลึกของชั้นผิวที่ได้ผลในกระบวนการคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็งของเฟือง
เรียนรู้ว่ากระบวนการคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็งของเฟืองควบคุมความลึกของชั้นผิวที่ได้ผลสำหรับเหล็ก 20CrMnTi โดยกำหนดค่า DS ที่ 0.8-1.5mm และความแข็งผิวที่ 58-62HRC
ประเด็นสำคัญ: เมื่อเหล็กเฟือง 20CrMnTi ผ่านการคาร์บูไรซิ่ง ความลึกของชั้นผิวที่ได้ผล (DS) ระหว่าง 0.8-1.5mm จะทำให้โครงสร้างจุลภาคคงที่ การรักษาศักย์คาร์บอนที่ 1.0%C-1.2%C จะให้มาร์เทนไซต์แบบเข็มหรือเข็มละเอียดตามต้องการ โดยมีความแข็งผิวถึง 58-62HRC เมื่อความลึกของชั้นผิวเกิน 2.0mm ออสเทนไนต์ที่คงเหลือมักเกินขีดจำกัดวิกฤต 15% และอายุความล้าจะลดลง
1. หลักการพื้นฐานของกระบวนการ
การคาร์บูไรซิ่งตามด้วยการชุบแข็งเป็นการอบชุบความร้อนแบบรวม เหล็กเฟืองคาร์บอนต่ำจะถูกเก็บในบรรยากาศที่อุดมด้วยคาร์บอนเพื่อให้คาร์บอนแพร่เข้าสู่ชั้นผิว จากนั้นทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างชั้นมาร์เทนไซต์ที่แข็ง จุดประสงค์คือการรวมพื้นผิวที่แข็งทนต่อการสึกหรอกับแกนกลางที่เหนียวซึ่งดูดซับแรงกระแทก ซึ่งเป็นความต้องการที่ขัดแย้งกันมากที่สุดสองประการสำหรับเฟืองส่งกำลัง
1.1 สามขั้นตอน
- ขั้นให้ความร้อน / ปรับสมดุล: 850–930°C
- สัดส่วนของรอบ: 15–20%
- การตั้งค่าหลัก: อัตราการให้ความร้อน ≤100°C/h
- ขั้นเพิ่มคาร์บอน (คาร์บูไรซิ่ง): 920–950°C
- สัดส่วนของรอบ: 50–60%
- การตั้งค่าหลัก: CP 1.05-1.20%C, ระยะเวลาตามสูตรความลึกของชั้นผิว
- ขั้นการแพร่: 880–920°C
- สัดส่วนของรอบ: 20–30%
- การตั้งค่าหลัก: ลด CP ลงเหลือ 0.80-0.95%C, ทำให้เกรเดียนต์เป็นเนื้อเดียวกัน
1.2 การประมาณความลึกของชั้นผิว
กฎปฏิบัติที่ใช้ในโรงงานคือ:
ความลึกของชั้นผิวที่ได้ผล ( DS = k \times \sqrt{t} )
จากบันทึกการผลิตของ PinyiGear:
- เพิ่มคาร์บอนที่ 920°C: DS(mm) ≈ 0.65 × √t(h)
- เพิ่มคาร์บอนที่ 940°C: DS(mm) ≈ 0.78 × √t(h)
สำหรับ DS=1.2mm เส้นทาง 920°C ต้องใช้เวลาการเพิ่มคาร์บอนประมาณ 3.4h ในขณะที่ 940°C ลดลงเหลือประมาณ 2.4h อย่างไรก็ตาม การเพิ่มขึ้นทุก 20°C จะเพิ่มความเสี่ยงอย่างชัดเจนต่อการโตของเกรน
2. พารามิเตอร์ที่กำหนดผลลัพธ์
2.1 ศักย์คาร์บอน
ในบรรดาตัวแปรทั้งหมดของก๊าซคาร์บูไรซิ่ง ศักย์คาร์บอนมีความสำคัญมากที่สุด มันอธิบายปริมาณคาร์บอนสมดุลที่พื้นผิวเหล็กเมื่อสัมผัสกับบรรยากาศเตา แนวทางการควบคุมคือ:
- เพิ่มคาร์บอน: 1.05-1.20%C เพื่อให้เกรเดียนต์ชันดันคาร์บอนเข้าด้านใน
- การแพร่: 0.80-0.95%C ซึ่งยับยั้งเครือข่ายคาร์ไบด์ที่ขอบเกรน
- CP สูงเกินไปทำให้ออสเทนไนต์คงเหลือเกิน 20% และคาร์ไบด์เครือข่ายตามขอบเกรน
- CP ต่ำเกินไปทำให้การคาร์บูไรซิ่งช้า ชั้นผิวตื้น และพื้นผิวแข็งไม่พอ
2.2 สื่อชุบแข็งและการทำความเย็น
| การบิดเบี้ยว | เกรดเหล็ก | สื่อชุบแข็ง | การกวน | ความแข็งแกน |
|---|---|---|---|---|
| ปานกลาง | 20CrMnTi | น้ำมันชุบแข็งเร็ว | สูง (1500rpm) | 35-42HRC |
| น้อยที่สุด | 20CrNi2Mo | น้ำมันมาร์เทมเปอริง | ปานกลาง (800rpm) | 38-45HRC |
| ต่ำ | 8620H | น้ำมันร้อน (120°C) | ปานกลาง | 32-38HRC |
2.3 เป้าหมายโครงสร้างจุลภาค (ISO 6336 / GB/T 3480)
| ข้อกำหนด | รายละเอียด |
|---|---|
| มาร์เทนไซต์ | ISO ชั้น 3-5 โดยชอบมาร์เทนไซต์แบบเข็มละเอียด |
| ออสเทนไนต์คงเหลือ | ≤15% และ ≤10% สำหรับเฟืองความแม่นยำสูง |
| คาร์ไบด์ | ไม่มีคาร์ไบด์เครือข่าย; คาร์ไบด์กลมแยกเดี่ยวขนาดไม่เกิน 2µm ยอมรับได้ |
| เฟอร์ไรต์แกน | ≤1% โดยปริมาตร |
3. ข้อบกพร่อง สาเหตุ และการแก้ไข
- ข้อบกพร่อง ชั้นผิวตื้น: DS ต่ำกว่าข้อกำหนด
- สาเหตุราก: เวลาสั้นหรือ CP ต่ำ
- มาตรการแก้ไข: ยืดเวลาการเพิ่มคาร์บอน, ปรับเทียบโพรบ O₂ ใหม่
- ข้อบกพร่อง ความแข็งผิวต่ำ: <58HRC
- สาเหตุราก: ออสเทนไนต์คงเหลือมากเกินไป
- มาตรการแก้ไข: การบำบัดด้วยความเย็นจัด (-80°C) หรือการแพร่นานขึ้น
- ข้อบกพร่อง การบิดเบี้ยวเกินพิกัดความเผื่อ: ความเบี่ยงเบนของโปรไฟล์หรือแนวฟัน
- สาเหตุราก: ความเค้นชุบแข็งไม่สม่ำเสมอ
- มาตรการแก้ไข: ปรับทิศทางการจุ่มน้ำมัน, เพิ่มการออกซิเดชันล่วงหน้า
- ข้อบกพร่อง คาร์ไบด์เครือข่าย: คาร์ไบด์ต่อเนื่องที่ขอบเกรน
- สาเหตุราก: เวลาการแพร่สั้นเกินไป
- มาตรการแก้ไข: ยืดเวลาการแพร่, ลด CP การแพร่
4. การปฏิบัติในโรงงาน
- ตรวจสอบศักย์คาร์บอนทุกวัน — สิ่งนี้ต้องมาก่อน โพรบออกซิเจนต้องปรับเทียบทุกเดือน และการทดสอบคาร์บอนด้วยฟอยล์เหล็ก (±0.05%C) ควรยืนยันค่าที่อ่านได้ในแต่ละกะ หากไม่มีสิ่งนี้ พารามิเตอร์กระบวนการใดๆ ก็ไม่สามารถเชื่อถือได้
- เฟืองความแม่นยำสูงต้องการการบำบัดด้วยความเย็นจัด สำหรับเฟืองที่มี DS≥1.5mm ขั้นตอนความเย็นจัดที่ -80°C×2h หลังการชุบแข็งจะลดออสเทนไนต์คงเหลือจาก 15–20% เหลือ 5–8% ซึ่งปรับปรุงเสถียรภาพมิติได้อย่างมาก
- อย่าข้ามการออกซิเดชันล่วงหน้า ขั้นตอนการออกซิเดชันล่วงหน้าที่ 380–420°C×30min สร้างจุดนิวเคลียส Fe₃O₄ บนพื้นผิวและปรับปรุงความสม่ำเสมอของการคาร์บูไรซิ่งได้มากกว่า 30%
- การควบคุมการบิดเบี้ยวเริ่มจากชิ้นงานเปล่า ความสม่ำเสมอของความแข็งหลังการอบอ่อนปกติจากการตีขึ้นรูป (การกระจาย ≤10HB) มีอิทธิพลต่อการบิดเบี้ยวสุดท้ายมากกว่ากระบวนการคาร์บูไรซิ่งเอง
5. มาตรฐานและแหล่งอ้างอิง
- GB/T 3480-2019 การคำนวณความสามารถในการรับน้ำหนักของเฟือง
- ISO 6336-5:2016 การคำนวณความแข็งแรงของเฟือง (วัสดุและการอบชุบความร้อน)
- JB/T 6141.2-2018 ข้อกำหนดกระบวนการคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็งของเฟือง
- คู่มือกระบวนการโรงงาน PinyiGear
การอ่านที่เกี่ยวข้อง: ข้อกำหนดการตัดเฉือนก่อนการคาร์บูไรซิ่งมีอยู่ใน การเตรียมชิ้นงานเปล่าเฟืองและการอบอ่อนปกติ บัตรกระบวนการอบชุบความร้อนสำหรับวัสดุเฟืองเฉพาะมีให้บริการภายใต้ ความสามารถในการตัดเฉือนเฟือง
เลขที่เอกสาร: GL-TN-20260713 | หมวดหมู่: การอบชุบความร้อน | ตัวอย่าง: การตรวจจับและการควบคุมการไหม้จากการเจียรเฟือง
เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง
- สินค้าเฟืองตัวหนอนและสกรูตัวหนอนสำหรับระบบส่งกำลังอัตราทดสูง
- เทคนิคเฟืองส่งกำลังที่ผ่านการคาร์บูไรซิ่งและชุบแข็ง: การจัดการการบิดเบี้ยวและการควบคุมกระบวนการ
- เทคนิคการคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็งของเฟือง: หลักการกระบวนการและแนวปฏิบัติหน้างาน
- เทคนิคการควบคุมการบิดเบี้ยวระหว่างการคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็งของเฟือง