Znanje - Sanxin

Koje se vrste čelika koriste za nitriranje zupčanika? I neke mikrostrukturne karakteristike uobičajeno korištenih čelika. Razumijevanje mikrostrukturnih karakteristika može pomoći u postizanju dobrih performansi zupčanika u upotrebi, a istovremeno optimizirati proces proizvodnje zupčanika, što doprinosi poboljšanju vijeka trajanja zupčanika.

 

01

Osnovna svrha nitriranja

 

Prvo, moramo razumjeti zašto se provodi nitriranje? Osnovna svrha nitriranja je postizanje usklađenosti performansi "tvrdo izvana i žilavo iznutra" stvaranjem nitridnog sloja na površini. Stoga, čelik koji se koristi za nitriranje mora ispunjavati sljedeće ključne zahtjeve: 1) Osjetljivost na nitriranje: Čelik treba sadržavati dovoljno elemenata koji stvaraju nitride (kao što su Al, Cr, Mo, V itd.), koji se mogu kombinirati s dušikom i stvarati stabilne legure nitrida (kao što su AlN, CrN, MoN itd.), značajno poboljšavajući tvrdoću i otpornost na habanje nitridnog sloja. 2) Mehanička svojstva jezgre: Nakon kaljenja i otpuštanja, jezgra treba imati odgovarajuću čvrstoću i žilavost kako bi izdržala opterećenja i spriječila lomove. Općenito, vlačna čvrstoća mora biti oko 1000 MPa, tvrdoća oko 35 HRC, a udarna žilavost ≥ 40 J/cm². 3) Ujednačenost mikrostrukture: U čeliku ne smije biti jake segregacije, nemetalnih inkluzija ili nedostataka poroznosti, inače će to dovesti do neravnomjerne debljine nitridnog sloja, fluktuacija tvrdoće, pa čak i pukotina. 4) Obradivost: Trebao bi imati dobru obradivost i toplinsku obradivost kako bi se zadovoljili zahtjevi obrade zupčanika složenih oblika.

 

02

Čelik za nitriranje zupčanika

 

Iz prethodnog odjeljka znamo osnovnu svrhu nitriranja. Da bi se na površini čelika formirali ovi nitridi, čelik mora sadržavati ove kemijske elemente. Štoviše, da bismo održali žilavost jezgre, obično moramo koristiti srednje ugljični legirani čelik za kaljenje i otpuštanje (kaljenje + otpuštanje na visokim temperaturama) prije nitriranja. Temperatura nitriranja trebala bi biti niža od temperature otpuštanja nakon kaljenja kako bi se smanjila deformacija.

 

 

03

Često korišteni nitrirani čelici i njihove mikrostrukturne karakteristike

 

1) 38CrMoAlA je najčešće korišteni nitrirani čelik.

Glavni elementi kemijskog sastava (maseni udio) su:

0.35% - 0.42% C, 0.20% - 0.45% Si, 0.30% - 0.60% Mn, 1.35% - 1.65% Cr, 0.15% - 0.25% Mo, 0.70% - 1.10% Al.

Mikrostruktura nakon kaljenja i otpuštanja: Nakon kaljenja u ulju na 850 - 880 °C i otpuštanja na visokim temperaturama na 600 - 650 °C, mikrostruktura je ujednačeno otpušteni sorbit, a veličina zrna je obično 6 - 8 stupnjeva. Element Al postoji u obliku čvrste otopine, pružajući materijalnu osnovu za naknadne reakcije nitriranja.

Mikrostruktura nitriranog sloja: Nakon nitriranja (500 - 560°C, atmosfera amonijaka), na površini se formira troslojna struktura. Nakon ionskog nitriranja, složeni sloj je uglavnom γ' faza, koja sadrži malu količinu ε faze i legiranih nitrida, s jednostavnim i oštrim difrakcijskim linijama i manjim brojem faza.

Tvrdoća ε faze može doseći 900-1100 HV; γ' faza, u igličastom ili blokovskom obliku, ima tvrdoću od 800-900 HV; prijelazni sloj je difuzijski sloj sastavljen od legiranih nitrida (kao što je AlN) i perlita, s blagim gradijentom tvrdoće. Jezgra i dalje zadržava strukturu kaljenog sorbita, što osigurava dobru žilavost.

 

2) Čelik 42CrMo se često koristi za nitriranje teških zupčanika zbog svoje visoke prokaljivosti i čvrstoće.Njegov kemijski sastav (maseni udio) je: 0.38% - 0.45% C, 0.20% - 0.40% Si, 0.50% - 0.80% Mn, 0.90% - 1.20% Cr i 0.15% - 0.25% Mo.

Popuštena mikrostruktura: Nakon kaljenja na 840 - 860 ℃ i popuštanja na 580 - 620 ℃, mikrostruktura je fino popušteni sorbit s finijim zrnima (7 - 9 stupnjeva), a ima veću gustoću dislokacija od 38CrMoAlA. Tvrdoća jezgre kontrolirana je na 33 - 36 HRC.

Mikrostruktura nitriranog sloja: Nakon nitriranja, površina se uglavnom sastoji od γ' faze, s relativno tankom ε fazom. Zbog prisutnosti elemenata Cr i Mo, u difuzijskom sloju se formira velika količina legiranih nitrida poput CrN i MoN, koji su disperzno raspoređeni, zbog čega tvrdoća nitriranog sloja doseže 850 - 1000 HV. Budući da ne sadrži element Al, dubina ionskog nitriranja je nešto plića, obično oko 0.1 mm.

 

 

3) Svojstva nitriranog sloja

Tvrdoća i otpornost na habanje: Vrsta i raspodjela nitrida u leguri su ključni. Visoka disperzija AlN u 38CrMoAlA rezultira najvećom tvrdoćom nitriranog sloja; CrN i MoN u 42CrMo mogu poboljšati otpornost na habanje.

Otpornost na zamor: Ujednačenost kaljene i otpuštene mikrostrukture od vitalne je važnosti. Gruba zrna ili segregacija karbida mogu uzrokovati koncentraciju naprezanja u nitriranom sloju, smanjujući čvrstoću na savijanje pri zamoru. Sitnozrnati otpušteni sorbit može povećati vijek trajanja zupčanika za 30% do 50%.

Učinak protiv zaribavanja: Iako ε faza ima visoku tvrdoću, ona je krhka. Prekomjerna ε faza može dovesti do ljuštenja nitriranog sloja. Mikrostruktura u kojoj dominira γ' faza ima bolju žilavost i učinak protiv zaribavanja. Stoga se za teške zupčanike debljina ε faze obično kontrolira na ≤ 5 μm.

 

04

Rezime

U praktičnim primjenama, odabir čelika za nitriranje zupčanika trebao bi biti vođen operativnim zahtjevima. Analiza mikrostrukture ključna je metoda za određivanje prikladnosti materijala i racionalnosti procesa - ujednačena kaljena sorbitna matrica preduvjet je za osiguranje performansi jezgre, dok vrsta, raspodjela i fazni sastav nitrida u nitriranom sloju izravno određuju učinak površinskog ojačanja. To je sve za danas. Pozovite prijatelje da razmijene mišljenja u odjeljku za komentare i dajte lajk u znak podrške!

 

Vigor ima bogato iskustvo i profesionalni tim u proizvodnji zupčanika i obradi materijala. Ako vam možemo pomoći s nečim ili je potrebno razviti zupčanike i osovine, slobodno nas kontaktirajte na info@castings-forging.com