Zupčanici su ključne komponente prijenosa u mehaničkoj opremi, a njihov učinak i kvalitet direktno utiču na radnu efikasnost i vijek trajanja cjelokupne opreme. Kao važna karika u procesu proizvodnje zupčanika, termička obrada igra važnu ulogu u poboljšanju tvrdoće, otpornosti na habanje i zamora zupčanika. Međutim, proces toplinske obrade često je praćen problemima izobličenja zupčanika, što ne samo da utječe na točnost zupčanika, već može negativno utjecati na njegovu snagu i vijek trajanja. Ovaj članak će detaljno raspravljati o 12 glavnih faktora izobličenja termičke obrade zupčanika, s ciljem pružanja korisne reference za proizvodnju zupčanika.
1. Sadržaj ugljika
Sadržaj ugljika je primarni faktor koji utiče na izobličenje termičke obrade zupčanika. Što je veći sadržaj ugljika u materijalu zupčanika, to je veće izobličenje uvijanja i izobličenje zapremine koje nastaje tokom gašenja. To je zato što se tokom procesa gašenja čelika s visokim udjelom ugljika volumen jako mijenja kada se austenit transformiše u martenzit, što rezultira povećanim izobličenjem. Stoga, pri odabiru materijala zupčanika, sadržaj ugljika treba razumno kontrolirati u skladu sa specifičnim zahtjevima upotrebe.
2. Elementi legure
Legirajući elementi takođe imaju značajan uticaj na izobličenje termičke obrade zupčanika. Neki legirani elementi kao što su C, Mn, Ni, Cr, Mo, itd. mogu povećati otvrdljivost, ali i povećati tendenciju izobličenja. Ostali elementi od legure kao što su Cr, Mn, Mo, Si, Ni, Ti, itd. pomažu u smanjenju izobličenja. To je uglavnom zato što ovi elementi mogu utjecati na mikrostrukturu čelika, čime utiču na raspodjelu naprezanja i izobličenje tijekom toplinske obrade.
3. Kaljivost
Kaljivost je važan indeks performansi materijala zupčanika, koji određuje da li zupčanik može dobiti ujednačenu martenzitnu strukturu tokom procesa kaljenja. Što je veća kaljivost, to je veće izobličenje koje proizvodi zupčanik tokom gašenja. To je zato što je tokom procesa kaljenja materijala sa visokom otvrdljivošću, brzina transformacije austenita u martenzit je velika i promjena volumena je velika, što rezultira povećanim izobličenjem. Stoga, pri odabiru materijala za zupčanike, otvrdljivost treba razumno kontrolirati u skladu sa specifičnim zahtjevima upotrebe.
4. Dizajn zupčanika
Dizajnerski oblik i veličina zupčanika također imaju važan utjecaj na izobličenje termičke obrade. Defekti dizajna kao što su asimetrični oblik, loša uniformnost poprečnog presjeka, loša krutost žbica i nepravilno pozicioniranje procesnih rupa će povećati izobličenje zupčanika pri termičkoj obradi. Stoga, prilikom projektovanja zupčanika, simetrične oblike, ujednačene poprečne presjeke i razumne lokacije procesnih rupa treba usvojiti što je više moguće kako bi se smanjila izobličenja toplinske obrade.
5. Nehomogenost mikrostrukture
Mikrostrukturna heterogenost čelika je također jedan od važnih faktora koji dovode do izobličenja toplinske obrade zupčanika. Nehomogena mikrostruktura uključuje grubo tkivo, veliku segregaciju i retikularno tkivo, itd. Ovi defekti će povećati stepen izobličenja tokom procesa gašenja. Stoga, tokom procesa pripreme materijala zupčanika, ove mikrostrukturne defekte treba što je više moguće eliminisati kako bi se dobila ujednačena i fina mikrostruktura.
6. Organizacija benda i segregacija
Trakasta struktura i segregacija su jedan od čestih nedostataka čelika, a također imaju značajan utjecaj na izobličenje zupčanika toplinskom obradom. Trakasta struktura nastaje zbog neravnomjerne distribucije legiranih elemenata u čeliku, što će dovesti do neravnomjerne raspodjele naprezanja u procesu kaljenja, što će pogoršati izobličenje. Segregacija nastaje zbog preraspodjele otopljenih elemenata tokom procesa skrućivanja čelika, što će dovesti do neujednačenih performansi materijala zupčanika, čime će utjecati na izobličenje toplinske obrade.
7. Oblik gredice za kontinuirano livenje
Oblik gredice za kontinuirano livenje takođe ima određeni uticaj na izobličenje termičke obrade zupčanika. Izobličenje termičke obrade zupčanika proizvedenih s kvadratnim oblikom gredice za kontinuirano lijevanje je relativno ujednačeno, dok izobličenje toplinske obrade zupčanika proizvedenih s pravokutnim oblikom gredice kontinuiranog livenja ima očiglednu usmjerenost. To je uglavnom zato što će gredice za kontinuirano livenje različitih oblika proizvesti različite distribucije naprezanja tokom procesa hlađenja, što utiče na izobličenje termičke obrade.
8. Osnovna veličina zrna
Intrinzična veličina zrna se odnosi na veličinu zrna čelika u austenitnom stanju. Što je unutrašnja veličina zrna finija, količina izobličenja nakon gašenja zupčanika će se u skladu s tim smanjiti. To je zato što je promjena volumena sitnozrnog čelika tokom procesa gašenja od austenita do martenzita relativno mala, čime se smanjuje izobličenje. Stoga u procesu pripreme materijala zupčanika treba što je više moguće koristiti sitnozrnati čelik.
9. Originalna struktura blanka
Originalna struktura zupčanika takođe ima važan uticaj na izobličenje termičke obrade. Ako je originalna struktura blanka neravnomjerna, to će uzrokovati neravnomjernu raspodjelu naprezanja u zupčaniku tokom toplinske obrade, što će pogoršati izobličenje. Stoga, tokom procesa pripreme zupčanika, nehomogenost originalne strukture treba eliminisati što je više moguće kako bi se dobila jednolična i fina originalna struktura.
10. Proces kovanja
Proces kovanja takođe ima značajan uticaj na izobličenje termičke obrade zupčanika. Potpuno kovanje pomaže u smanjenju izobličenja, posebno u formiranju razumne metalne aerodinamične strukture nakon kovanja, što može smanjiti izobličenje termičke obrade. Razumno kovanje takođe može smanjiti segregaciju kovane gredice, učiniti strukturu ujednačenom, poboljšati strukturu trake i pomoći u smanjenju izobličenja termičke obrade. Međutim, ako je temperatura grijanja neujednačena tokom procesa kovanja, stupanj deformacije je neujednačen ili je konačna temperatura kovanja visoka, to će uzrokovati povećanje izobličenja toplinske obrade zupčanika.
11. Pripremna termička obrada
Preliminarna termička obrada zupčanika igra važnu ulogu u smanjenju izobličenja završne termičke obrade. Kada se koristi uobičajena normalizacija, izobličenje termičke obrade je relativno veliko; kada se koristi izotermna normalizacija ili kaljenje i temperiranje, izobličenje termičke obrade može se smanjiti. To je zato što izotermna normalizacija i kaljenje i kaljenje mogu poboljšati mikrostrukturu čelika, čineći ga ujednačenijim i finijim, čime se smanjuju izobličenja toplinske obrade.
12. Proces gašenja i hlađenja
Procesi kaljenja i hlađenja su ključne karike u stvaranju izobličenja termičke obrade zupčanika. Tokom procesa gašenja, postoji mnogo faktora koji dovode do izobličenja zbog faktora kao što su velike promjene u specifičnom volumenu tkiva, visoke temperature grijanja i intenzivno hlađenje. Što je brža brzina hlađenja, to je ozbiljnije neravnomjerno hlađenje i značajnije je izobličenje krivljenja. Pored toga, tip rashladnog medija za gašenje, performanse hlađenja, otvrdljivost, itd. takođe su povezani sa izobličenjem. Stoga, tokom procesa kaljenja i hlađenja, parametri kao što su temperatura grijanja, brzina hlađenja i vrsta rashladnog medija za gašenje treba razumno kontrolirati kako bi se smanjila distorzija toplinske obrade.
Izobličenje termičke obrade zupčanika rezultat je više faktora. Kako bi se smanjila distorzija termičke obrade, potrebno je poduzeti sveobuhvatne mjere za njegovu kontrolu počevši od odabira materijala, dizajna zupčanika, kontrole mikrostrukture, procesa kovanja, preliminarne toplinske obrade te procesa kaljenja i hlađenja. Samo na taj način mogu se osigurati dobre performanse i kvalitet zupčanika tokom procesa termičke obrade.
