Kawalan Kedalaman Kes Karburizing Gear 20CrMnTi
Kedalaman kes berkesan 0.8-1.5mm dan potensi karbon 1.0-1.2%C memberi martensit halus serta kekerasan 58-62HRC pada gear 20CrMnTi.
Proses Pengkarburan dan Penyejukan Cepat Gear: Titik Kawalan dan Amalan untuk Lapisan Pengerasan Dalam
Kesimpulan utama: Semasa pengkarburan dan penyejukan cepat gear 20CrMnTi, kedalaman lapisan keras berkesan (DS) dalam julat 0.8-1.5mm memberikan kestabilan struktur terbaik; potensi karbon dikawal pada 1.0%C-1.2%C boleh menghasilkan struktur martensit jarum/jarum halus yang ideal, kekerasan permukaan boleh mencapai 58-62HRC. Selepas kedalaman lapisan melebihi 2.0mm, kandungan austenit sisa mudah melebihi standard (>15%) menyebabkan hayat kelelahan menurun.
1. Prinsip Proses Pengkarburan dan Penyejukan Cepat#
Pengkarburan dan Penyejukan Cepat (Carburizing & Quenching) ialah proses rawatan haba komposit yang meletakkan gear keluli karbon rendah dalam atmosfera kaya karbon dan memanaskannya, supaya atom karbon meresap ke dalam lapisan permukaan, kemudian menyejukkan dengan cepat untuk memperoleh lapisan martensit berkekerasan tinggi. Nilai terasnya terletak pada: permukaan berkekerasan tinggi dan tahan haus, teras mengekalkan keliatan yang baik—inilah keperluan prestasi paling bercanggah bagi komponen transmisi gear.
1.1 Tiga Peringkat Proses#
| Peringkat | Julat suhu | Nisbah masa | Parameter utama |
|---|---|---|---|
| Pembuangan gas/penaikan suhu | 850-930°C | 15-20% | Kadar pemanasan ≤100°C/h |
| Tempoh pengkarburan kuat | 920-950°C | 50-60% | Potensi karbon 1.05-1.20%C, masa dikira dengan formula kedalaman lapisan |
| Tempoh resapan | 880-920°C | 20-30% | Potensi karbon turun ke 0.80-0.95%C, homogenkan kecerunan kepekatan |
1.2 Formula Pengiraan Kedalaman Lapisan (Formula Empirikal Kejuruteraan)#
Kedalaman lapisan keras berkesan ( DS = k \times \sqrt{t} ) Data proses Geyon Transmission:
- Pengkarburan kuat 920°C: DS(mm) ≈ 0.65 × √t(h)
- Pengkarburan kuat 940°C: DS(mm) ≈ 0.78 × √t(h) Contoh: Jika DS=1.2mm diperlukan, 920°C memerlukan kira-kira 3.4h pengkarburan kuat, 940°C hanya memerlukan kira-kira 2.4h—tetapi setiap kenaikan suhu 20°C, risiko pengasaran butiran meningkat dengan ketara.
2. Parameter Kawalan Utama#
2.1 Potensi Karbon (Carbon Potential)#
Potensi karbon ialah parameter kawalan proses paling teras dalam pengkarburan gas, merujuk kepada kandungan karbon apabila atmosfera dalam relau mencapai keseimbangan dengan permukaan keluli. Titik kawalan:
- Tempoh pengkarburan kuat: 1.05-1.20%C (potensi karbon tinggi memacu penyusupan)
- Tempoh resapan: 0.80-0.95%C (elakkan karbida rangkaian permukaan)
- Risiko potensi karbon terlalu tinggi: menghasilkan banyak austenit sisa (>20%), pemendakan karbida rangkaian permukaan
- Risiko potensi karbon terlalu rendah: kadar pengkarburan lambat, lapisan pengerasan cetek, kekerasan permukaan tidak mencukupi
2.2 Penyejukan Cepat#
| Keluli | Medium penyejukan cepat | Intensiti kacau | Kekerasan teras | Jumlah distorsi |
|---|---|---|---|---|
| 20CrMnTi | Minyak penyejukan cepat | Kacau kuat (1500rpm) | 35-42HRC | Sederhana kecil |
| 20CrNi2Mo | Minyak penyejukan cepat isoterma | Kacau sederhana (800rpm) | 38-45HRC | Paling kecil |
| 8620H | Minyak panas (120°C) | Kacau sederhana | 32-38HRC | Kecil |
2.3 Keperluan Struktur Metalografi (mengikut ISO 6336 / GB/T 3480)#
- Gred martensit: Gred ISO 3-5 (martensit jarum halus adalah terbaik)
- Austenit sisa: ≤15% (gear berketepatan tinggi ≤10%)
- Karbida: rangkaian tidak dibenarkan, karbida berbentuk butiran (≤2μm) sedikit dibenarkan
- Ferit teras: ≤1% (pecahan isipadu)
3. Kecacatan Biasa dan Langkah Mengatasinya#
| Jenis kecacatan | Fenomena | Punca utama | Langkah mengatasi |
|---|---|---|---|
| Lapisan keras terlalu cetek | DS tidak memenuhi standard | Masa tidak mencukupi/potensi karbon rendah | Laraskan masa pengkarburan kuat, kalibrasi probe oksigen |
| Kekerasan permukaan tidak mencukupi | <58HRC | Austenit sisa terlalu banyak | Tambah rawatan sejuk dalam (-80°C), atau panjangkan tempoh resapan |
| Distorsi melebihi toleransi | Perubahan profil gigi/arah gigi melebihi toleransi | Tegasan penyejukan cepat tidak seragam | Optimumkan arah masuk minyak, tambah rawatan pra-pengoksidaan |
| Karbida rangkaian | Karbida termendak berterusan pada sempadan butiran | Masa resapan tidak mencukupi | Panjangkan tempoh resapan, turunkan potensi karbon peringkat resapan |
4. Pengalaman Praktikal#
- Pengesahan potensi karbon ialah perkara paling penting setiap hari: Probe oksigen dikalibrasi sekali sebulan, setiap syif gunakan kepingan foil keluli penentu karbon untuk mengesahkan ketepatan ±0.05%C, jika tidak semua parameter proses kehilangan makna.
- Rawatan sejuk dalam adalah perlu untuk gear berketepatan tinggi: Bagi gear dengan DS≥1.5mm, rawatan sejuk dalam -80°C×2h selepas penyejukan cepat boleh menurunkan austenit sisa daripada 15-20% kepada 5-8%, kestabilan dimensi meningkat dengan ketara.
- Rawatan pra-pengoksidaan tidak boleh diabaikan: Pra-pengoksidaan 380-420°C×30min boleh membentuk nukleus Fe₃O₄ pada permukaan gear, keseragaman proses pengkarburan seterusnya meningkat lebih 30%.
- Mengatasi distorsi bermula daripada bahan kosong: Keseragaman kekerasan selepas rawatan penormalan tempaan (turun naik ≤10HB) adalah lebih kritikal daripada proses pengkarburan itu sendiri dalam mengawal distorsi.
5. Rujukan#
- GB/T 3480-2019 Pengiraan keupayaan menanggung beban gear
- ISO 6336-5:2016 Pengiraan kekuatan gear (bahan dan rawatan haba)
- JB/T 6141.2-2018 Spesifikasi proses pengkarburan dan penyejukan cepat gear
- Manual proses kilang Geyon Transmission
Bacaan lanjutan: Untuk memahami keperluan penyediaan pemesinan kasar sebelum pengkarburan gear, sila rujuk Proses penormalan kosong gear ; untuk menyemak kad proses rawatan haba bagi bahan gear tertentu, sila lawati Halaman keupayaan pemesinan gear . Nombor artikel ini: GL-TN-20260713 | Kategori: Proses rawatan haba | Pratonton isu seterusnya: Pengesanan dan kawalan terbakar pengisaran gear