Padanan CHD, Modul dan Kekerasan Teras Gear Dikarburkan
Panduan menentukan kedalaman lapisan keras gear berkarbur: padankan CHD dengan modul dan kekerasan teras, termasuk contoh 550 HV dan 20CrMnTi 58-62 HRC.
Bagaimana menentukan kedalaman lapisan keras gear pengarburan dan pelindapan: hubungan padanan antara modulus, CHD dan kekerasan teras
Kesimpulan utama: Pengarburan dan pelindapan ialah laluan rawatan haba arus perdana untuk gear tugas berat. Kedalaman lapisan keras berkesan (CHD, jarak menegak dari permukaan gigi ke kedudukan kekerasan 550 HV) biasanya diambil sebagai 0.15–0.25 kali modulus: bagi modulus di bawah 2.5 ambil 0.6–0.9 mm, modulus 5–10 ambil 1.2–1.8 mm. Jika lapisan terlalu nipis, permukaan gigi akan tertekan roboh; jika terlalu tebal, risiko patah rapuh meningkat. Padanan tipikal gear 20CrMnTi ialah permukaan HRC 58–62, teras HRC 30–42.
1. Apakah sebenarnya yang dilakukan oleh pengarburan dan pelindapan#
Pengarburan dan Pelindapan (Carburizing and Quenching): memanaskan gear keluli aloi karbon rendah ke kawasan austenit (920–950°C), membiarkan atom karbon meresap ke permukaan dalam atmosfera mengandungi karbon, kemudian menyejukkan dengan cepat untuk mendapatkan lapisan permukaan martensit karbon tinggi dan teras liat karbon rendah. Permukaan keras, teras liat, tepat memenuhi dua keperluan iaitu rintangan haus permukaan gigi dan rintangan lenturan akar gigi. Urutan proses biasanya: pengarburan → pelindapan → pembajaan suhu rendah (160–200°C, 2–3 j). Pembajaan bertujuan menghapuskan tegasan pelindapan dan menstabilkan struktur; selepas pembajaan, kekerasan permukaan hampir tidak menurun, dan keliatan akar gigi pulih. Bahan tipikal ialah 20CrMnTi, 20CrMo, 17CrNiMo6, SAE 8620. Gear modulus kecil dan sederhana domestik lebih banyak menggunakan 20CrMnTi; kebolehkerasan sederhana, pelindapan minyak sudah cukup mencapai kekerasan yang diperlukan.
2. Bagaimana menentukan kedalaman lapisan keras berkesan CHD#
Kedalaman Lapisan Keras Berkesan (CHD, Case Hardening Depth): jarak menegak dari permukaan bahan kerja ke arah dalam sehingga kekerasan Vickers menurun ke 550 HV, unit mm. Ia lebih praktikal daripada “jumlah kedalaman lapisan pengarburan”, kerana hanya bahagian dengan kekerasan cukup tinggi yang benar-benar menanggung beban sentuhan. Formula empirik yang biasa digunakan dalam kejuruteraan: CHD ≈ 0.15–0.25 × modulus normal.
| Modulus normal mn (mm) | Julat CHD disyorkan (mm) | Aplikasi tipikal |
|---|---|---|
| ≤ 2.5 | 0.6 – 0.9 | Transmisi automotif, pengurang kecil |
| 2.5 – 5 | 0.9 – 1.3 | Pengurang industri am |
| 5 – 10 | 1.2 – 1.8 | Kotak gear tugas berat, pemacu mesin penggelek |
| > 10 | 1.6 – 2.5 | Gear besar perlombongan, kilang simen |
| Akibat langsung lapisan terlalu nipis: tegasan sentuhan Hertz melebihi keupayaan galas lapisan keras, permukaan gigi mengalami pengelupasan jenis “tertekan roboh”. Jika lapisan terlalu tebal, taburan tegasan baki berubah, kecenderungan patah rapuh pada akar gigi meningkat. Jadi bukan semakin tebal semakin baik. |
3. Kekerasan permukaan dan kekerasan teras perlu dipadankan#
| Item | Julat tipikal | Penerangan |
|---|---|---|
| Kekerasan permukaan | HRC 58–62 (kira-kira 650–700 HV) | Rintangan haus, rintangan lekat, rintangan pitting |
| Kekerasan teras | HRC 30–42 | Rintangan keletihan lenturan akar gigi, dengan keliatan |
| Kandungan karbon permukaan | 0.75–1.05% C | Memastikan kekerasan martensit, mengawal austenit sisa |
| Kekerasan teras ialah satu perkara yang mudah diabaikan dalam reka bentuk. Jika teras terlalu tinggi (melebihi HRC 45), simpanan plastik semasa lenturan akar gigi tidak mencukupi; sebaik sahaja retak bermula, ia merebak dengan cepat. Jika teras terlalu rendah (bawah HRC 28), kekuatan akar gigi tidak mencukupi, hayat keletihan lenturan menurun. Bagi 20CrMnTi, kekerasan teras dalam keadaan penormalan atau pelindapan-pembajaan biasanya berada pada HRC 30–38. |
4. Parameter proses dan kecacatan biasa#
Suhu pengarburan 930 ± 10°C, potensi karbon 0.75–1.05% C, masa ditentukan mengikut kedalaman lapisan sasaran; untuk relau kelompok, kira-kira setiap 0.1 mm memerlukan 1–1.5 j (bergantung pada jenis relau dan kuantiti muatan). Pelindapan mempunyai dua laluan: pelindapan terus (selepas pengarburan, turunkan suhu ke 830–850°C dan lindap minyak) dan pelindapan pemanasan semula (selepas pengarburan, sejukkan perlahan, kemudian panaskan semula dan lindap; kawalan herotan lebih baik tetapi kitaran lebih panjang).
| Kecacatan | Manifestasi | Punca utama | Tindakan balas |
|---|---|---|---|
| Dekarburisasi/kepengoksidaan dalaman permukaan | Titik lembut pada permukaan gigi, kekerasan tidak mencukupi | Titik embun gas relau tinggi, potensi karbon rendah | Kawal gas relau, naikkan potensi karbon |
| Butiran kasar | Struktur metalografi kasar | Suhu pengarburan terlalu tinggi, masa terlalu lama | Kawal suhu, normalisasikan jika perlu |
| Herotan melebihi toleransi | Ralat arah gigi 0.02–0.08 mm | Muatan relau tidak seragam, tegasan pelindapan tinggi | Muat secara simetri, tinggalkan elaun pengisaran |
5. Bagaimana kedalaman lapisan diperiksa#
- Kaedah metalografi: selepas punaran, ukur terus sempadan karbida atau martensit; cepat, tetapi dipengaruhi tahap punaran.
- Kaedah kecerunan kekerasan (kaedah timbang tara): ukur kekerasan secara menegak dari permukaan, hasilkan lengkung HV–kedalaman, ambil kedalaman yang sepadan dengan 550 HV. Lokasi pemeriksaan biasanya diambil pada bahagian tengah permukaan gigi dan akar gigi; keperluan kedalaman lapisan di kedua-dua tempat boleh berbeza. Tip 1: Apabila lukisan menyatakan “kedalaman lapisan pengarburan 1.0 mm”, pastikan dahulu sama ada ia CHD atau jumlah lapisan pengarburan. Kedua-duanya berbeza 0.2–0.4 mm; terlepas pengesahan akan menyebabkan pembekal memproses mengikut standard yang salah. Tip 2: Elaun pengisaran gigi mesti dikira ke dalam kedalaman lapisan. Apabila jumlah pengisaran satu sisi permukaan gigi ialah 0.2–0.3 mm, lapisan pengarburan mesti meninggalkan lebihan mengikut “CHD + elaun pengisaran”; jika tidak, selepas pengisaran lapisan keras akan habis. Banyak produk buangan pengisaran gigi bukan disebabkan oleh pengisaran, tetapi kerana kedalaman lapisan ditinggalkan terlalu sedikit. Tip 3: Bahagian dengan lubang berulir, lubang minyak dan splin perlu menjalani rawatan pencegahan pengarburan (penyaduran tembaga atau menyalut bahan pencegahan pengarburan, tebal 0.03–0.05 mm). Jika langkah ini diabaikan, ulir menjadi terlalu keras dan rapuh, benang mudah rosak semasa pemasangan.
6. Penutup#
Parameter pengarburan dan pelindapan tidak dipilih secara berasingan. Kedalaman lapisan mengikut modulus, kekerasan teras mengikut kebolehkerasan bahan, elaun pengisaran mengikut pemprosesan gear ketepatan proses seterusnya. Semasa pengesahan lukisan, tentukan ketiga-tiga perkara ini dengan jelas sekali gus; ia jauh lebih mudah daripada melaraskan proses selepas kerja semula. Jika memerlukan sokongan pemilihan bahan atau proses, boleh lihat kategori produk gear dan keupayaan proses halaman. Geyon Transmission — Penyelesaian transmisi gear ketepatan dan pemprosesan | Ketahui keupayaan proses kami | Lihat kategori produk gear