U CIXI HOTO nás často učí výrobky na míru více než standardní produkty.
Nedávno jsme vyrobili výrobek na míru – vnitřní kroužek pro kolečka. Samotné obrábění bylo jednoduché, ale výsledek tepelného zpracování nám poskytl důležitou lekci o výběru materiálu, schopnosti kalitelnosti a o tom, jak pečlivě je třeba před výrobou prověřit technické požadavky.
Projekt
Produkt: Vnitřní kroužek pro kolečka na míru
Vnitřní průměr: 32 mm
Externí průměr: 55,6 mm
Materiál: ocel 45# / S45C / AISI 1045
Zpracování: SNC obrábění + tepelné zpracování
Požadovaná tvrdost: 38–42 HRC
Měření tvrdosti po tepelném zpracování na různých místech stejné čelní plochy však ukázala rozmezí přibližně:
35–43 HRC
Průměrná tvrdost byla blízko požadované hodnoty, avšak rozptyl byl příliš velký na to, aby bylo možné konzistentně splnit zadaný zákaznický rozsah 38–42 HRC.
To vyvolalo důležitou otázku:
Proč může ocel AISI 1045 dosáhnout požadované tvrdosti, ale přesto je obtížné ji udržet v tak úzkém rozmezí tvrdosti?
Pochopení oceli 45# / S45C / AISI 1045
ocel 45#, S45C a AISI 1045 se často porovnávají jako středně uhlíkové oceli používané pro hřídele, kroužky, strojní součásti a jiné průmyslové díly.
AISI 1045 obvykle obsahuje přibližně 0,42–0,50 % uhlíku . Lze ji kalit a popouštět, avšak její schopnost celkového zakalení je omezená ve srovnání s legovanými oceli s vyšší zakalitelností.
Toto rozlišení je důležité.
Mezi následujícími položkami existuje významný rozdíl:
„Materiál může dosáhnout přibližně 40 HRC.“
a také:
„Každý požadovaný měřicí bod lze konzistentně udržet v rozmezí 38 až 42 HRC.“
Specifikace 38–42 HRC umožňuje pouze přípustné rozmezí tvrdosti 4 HRC.
U oceli střední uhlíkovosti s omezenou pronikavostí mohou proto geometrie součásti, tloušťka průřezu a podmínky chlazení hrát důležitou roli.
Co jsme prošetřili?
Po zjištění rozmezí tvrdosti 35–43 HRC jsme přezkoumali proces tepelného zpracování a zaměřili se na několik možných vlivových faktorů:
*Složení suroviny a dávka materiálu
*Průřez a geometrie součásti
*Rovnoměrnost teploty v peci
*Uspořádání zatížení uvnitř pece
*Podmínky austenitizace a doba vydržení
*Chladicí prostředí a rychlost chlazení
*Teplota a rovnoměrnost temperování
*Poloha a metoda měření tvrdosti
Během našeho počátečního šetření nebyla zaznamenána žádná zjevná technologická odchylka.
To nás přimělo podrobněji prozkoumat vztah mezi schopností materiálu ztvrdnout, geometrií součásti a úzkým tolerančním polem tvrdosti stanoveným zákazníkem.
Závěr byl jednoduchý, ale důležitý:
Dosáhnout určité hodnoty tvrdosti není totéž jako konzistentně řídit tvrdost v rámci úzkého rozmezí.
Tuto skutečnost je nutné zohlednit již během technického posouzení – nikoli až po zahájení sériové výroby.
Tři metody tepelného zpracování, které bychom měli znát
Tento projekt také poskytl našemu týmu příležitost zopakovat si tři běžně diskutované procesy kalení.
1. Kalení a následné popouštění
Základní postup je následující:
Austenitizace → kalení → popouštění
Cílem je dosáhnout požadovaných mechanických vlastností v celém průřezu součásti, nikoli pouze na vybrané povrchové vrstvě.
U materiálu AISI 1045 popisují publikované technické údaje kalení zahřátím do austenitizačního rozsahu následovaným kalcem a následným popouštěním podle požadovaných vlastností. Materiál AISI 1045 však má omezenou schopnost kalit se napříč celým průřezem, což znamená, že konečný výsledek závisí na rozměru průřezu součásti a podmínkách kalení.
U našeho ložiskového kroužku se jednalo o klíčový faktor, který jsme museli zohlednit.
Když zákazník stanoví:
Materiál: 45# / S45C / AISI 1045
Tepelné zpracování: Kaleno napříč celým průřezem a popuštěno
Tvrdost: 38–42 HRC
nesmíme posuzovat požadavek na tvrdost odděleně od geometrie součásti.
2. Indukční kalení
Indukční kalení funguje jinak.
Střídavé elektromagnetické pole rychle zahřeje vybranou oblast součásti nad její teplotu přeměny, následovanou okamžitým ochlazením. Cílem je vytvořit ztvrdlou povrchovou vrstvu, zatímco jádro zůstane relativně neovlivněné.
Zjednodušený výsledek je:
Povrch → Tvrdá, odolná proti opotřebení vrstva
Jádro → Relativně měkčí a houževnatější
To činí indukční kalení zvláště užitečným, pokud vyžaduje pouze konkrétní pracovní povrch vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení.
Typické aplikace zahrnují:
hřídele, ozubená kola, nápravy, vřetena a další lokální opotřebitelné povrchy.
AISI 1045 je také velmi vhodný pro povrchové kalení plamenem nebo indukcí; publikovaná data ukazují, že lze dosáhnout výrazně vyšší povrchové tvrdosti než 38–42 HRC požadované v našem současném projektu celkového kalení.
Proto je pro některé kroužky, válečky nebo součásti kolíků důležitou technickou otázkou:
Vyžaduje zákazník opravdu, aby měl celý díl stejnou tvrdost, nebo je třeba kalit pouze pracovní povrch?
Odpověď může vést k zcela odlišnému řešení tepelného zpracování.
3. Cementace + kalení
Cementace vychází z jiného principu.
Zjednodušený postup je:
Nízkouhlíková ocel → obohacení povrchu uhlíkem → kalení → popouštění
Na rozdíl od běžného úplného kalení nebo indukčního kalení je cementace termochemický difuzní proces, který zvyšuje obsah uhlíku v blízkosti povrchu.
Po kalení je cílem dosáhnout:
Povrch → Vysoká tvrdost a dobrá odolnost proti opotřebení
Jádro → Nižší tvrdost s dobrou houževnatostí
Atmosférické karbonizování se široce používá u nízkouhlíkových ocelí a je zvláště vhodné, pokud součást vyžaduje tvrdý, odolný proti opotřebení povrch v kombinaci s houževnatějším jádrem.
Typické aplikace zahrnují ozubená kola, hřídele a jiné silně zatížené součásti.
U středně uhlíkového materiálu, jako je např. AISI 1045, by však karbonizování obvykle nebylo naším prvním řešením pouze za účelem dosažení požadované tvrdosti 38–42 HRC. Materiál již obsahuje dostatek uhlíku pro přímé kalení, proto by měly být požadovaný výkon i konstrukce součásti nejprve posouzeny, než dojde ke změně tepelného zpracování.
Co jsme z tohoto projektu seznali
Tento projekt připomněl našim inženýrským i prodejním týmům důležitý princip:
Materiál + geometrie + tepelné zpracování + požadavek na tvrdost musí být vždy vyhodnocovány společně.
Při přijetí výkresu na zakázkovou součást nestačí položit otázku:
„Může ocel 45# dosáhnout tvrdosti 40 HRC?“
Měli bychom se také zeptat:
Kde se měří tvrdost?
Je požadována tvrdost povrchu nebo celého průřezu?
Jaká je tloušťka průřezu součásti?
Je vyžadována hloubka cementace?
Jaká variace tvrdosti mezi měřicími body je přijatelná?
Vyžaduje aplikace odolnost proti opotřebení, houževnatost jádra nebo obojí?
U budoucích individuálních projektů s úzkými tolerancemi tvrdosti budeme postupovat opatrněji:
Nejprve zkontrolujeme. V případě potřeby ověříme. A teprve poté se zavážeme.
Někdy je výrobní výzva zároveň příležitostí k rozšíření našich inženýrských znalostí.
V CIXI HOTO nechceme pouze vyrábět podle výkresu. Chceme lépe pochopit proč daný požadavek existuje, zda je vybraný materiál a proces vhodný a jak dosáhnout stabilnějšího výsledku v průběhu výroby.
CIXI HOTO – Od komponentů k řešením.
EN