Lämpökäsittelyopetus erityisvalmistetusta pyörärenkaasta: Miksi 45# / S45C / AISI 1045 -kovan kovuuden arvot voivat vaihdella

CIXI HOTO:ssa räätälöidyt komponentit opettavat meitä usein enemmän kuin standardituotteet.

Viime aikoina valmistimme räätälöityä sisärenkasta pyöräkäyttöön. Työstö itsessään oli suoraviivainen, mutta lämpökäsittelyn tulos antoi meille tärkeän oppitunnin materiaalinvalinnasta, kovettuvuudesta ja siitä, kuinka huolellisesti tekniset vaatimukset tulisi tarkistaa ennen tuotantoprosessia.

Projekti

Tuote: Räätälöity sisärengas pyöräkäyttöön

Sisäinen halkaisija: 32 mm

Ulkomitta: 55,6 mm

Materiaali: 45# teräs / S45C / AISI 1045

Valmistusprosessi: CNC-kääntö + lämpökäsittely

Vaadittu kovuus: 38–42 HRC

Lämpökäsittelyn jälkeen kovuusmittaukset eri kohdissa samalla päätytaholla osoittivat vaihtelua noin:

35–43 HRC

Keskimääräinen kovuus oli lähellä tavoiteltavaa arvoa, mutta vaihtelu oli liian suurta, jotta asiakkaan määrittelemä 38–42 HRC -alue olisi voitu täyttää johdonmukaisesti.

Tämä herätti tärkeän kysymyksen:

Miksi AISI 1045 -teräs saavuttaa vaaditun kovuuden, mutta sen kovuuden säätäminen niin kapealle alueelle on silti vaikeaa?

45# / S45C / AISI 1045 -terästen ymmärtäminen

45# -teräs, S45C ja AISI 1045 ovat yleisesti vertailtavia keskikarbonisia teräksiä, joita käytetään akselien, renkaiden, koneenosien ja muiden teollisuusosien valmistukseen.

AISI 1045 sisältää tyypillisesti noin 0,42–0,50 % hiiltä . Sitä voidaan kovettaa ja pehmentää, mutta sen läpikovettumiskyky on rajoitettu verrattuna korkeamman kovettuvuuden omaaviin seosteräksiin.

Tämä ero on tärkeä.

On merkittävä ero välillä:

”Materiaali saavuttaa noin 40 HRC:n kovuuden.”

ja:

”Jokainen vaadittu mittauskohta pysyy johdonmukaisesti välillä 38–42 HRC.”

38–42 HRC:n määritelmä antaa vain 4 HRC:n hyväksyntäikkuna.

Keskimittaisen hiilipitoisuuden teräkselle, jonka karkaavuus on rajoitettu, komponentin geometria, poikkileikkauksen paksuus ja jäähdytysolosuhteet voivat siksi olla tärkeitä tekijöitä.

Mitä tutkimme?

Havaittuaan 35–43 HRC:n vaihtelun tarkastelimme kuumenkäsittelyprosessia ja keskityimme useisiin mahdollisiin vaikutustekijöihin:

*Raaka-aineen koostumus ja materiaalierä

*Komponentin poikkileikkaus ja geometria

*Uunin lämpötilan tasaisuus

*Uuniin asettamisen järjestely

*Austeniittivaiheen lämpötila ja kesto

*Kylmämuovausneste ja jäähdytysnopeus

*Karkaisulämpötila ja yhtenäisyys

*Kovuuden mittauspaikka ja -menetelmä

Alkuvaiheen tutkimuksemme aikana ei havaittu ilmeisiä prosessin poikkeamia.

Tämä sai meidät tarkastelemaan tarkemmin suhdetta materiaalin karkaistuvuus, komponentin geometria ja asiakkaan kapea kovuustoleranssi.

Opittava asia oli yksinkertainen, mutta tärkeä:

Kovuusarvon saavuttaminen ei ole sama asia kuin kovuuden hallinta johdonmukaisesti kapealla alueella.

Tätä on otettava huomioon teknisessä arvioinnissa – ei vasta sarjatuotannon jälkeen.

Kolme karkaisumenetelmää, joiden tunteminen on tärkeää

Tässä projektissa tiimimme sai myös mahdollisuuden tarkastella kolmea yleisesti käsiteltyä kovuutta lisäävää prosessia.

kovettaminen koko poikkileikkaukselta + pehmitetään

Perusprosessi on seuraava:

Austeniittisuus → jäähdytys → pehmitetään

Tavoitteena on saavuttaa vaaditut mekaaniset ominaisuudet koko komponentissa, ei ainoastaan valitulla pinnalla.

AISI 1045 -teräkselle julkisesti saatavilla olevat tekniset tiedot kuvaavat kovettamista lämmittämällä austeniittialueelle ja sen jälkeen jäähdyttämällä, sekä seuraavana pehmittelemällä vaadittujen ominaisuuksien mukaan. AISI 1045 -teräksellä on kuitenkin rajoitettu kyky kovettua koko poikkileikkaukselta, mikä tarkoittaa, että lopputulos riippuu komponentin poikkileikkauksen koosta ja jäähdytysolosuhteista.

Tässä kysymyksessä oli keskeinen seikka, jota meidän tuli ottaa huomioon pyörärenkaassamme.

Kun asiakas määrittelee:

Materiaali: 45# / S45C / AISI 1045

Lämmönkäsittely: Kovetettu koko poikkileikkaukselta ja pehmitetty

Kovuus: 38–42 HRC

emme saa arvioida kovuusvaatimusta riippumattomasti komponentin geometriasta.

2. Induktiokovetus

Induktiokovetus toimii eri tavalla.

Vaihtovirtainen sähkömagneettinen kenttä lämmittää komponentin valitun alueen nopeasti muodonmuutostemperatuurin yläpuolelle, minkä jälkeen se jäähdytetään välittömästi. Tavoitteena on luoda kovettunut pintakerros, kun taas ydin pysyy suhteellisen muuttumattomana.

Yksinkertaistettu tulos on:

Pinta → Kova, kulumisvastoinen kerros

Ydin → Suhteellisen pehmeä ja sitkeä

Tämä tekee induktiokovetuksen erityisen hyödylliseksi silloin, kun vain tietty työpintakerros vaatii korkeaa kovuutta ja kulumisvastusta.

Tyyppiset sovellukset sisältävät:

akselit, vaihteet, akselit, pyörivät akselit ja muut paikallisesti kulumisalttiit pinnat.

AISI 1045 -teräs soveltuu myös liekkikovetukseen tai induktiokovetukseen; julkisissa tiedoissa ilmoitetaan, että pinnan kovuus voidaan nostaa huomattavasti ylemmäs kuin nykyisessä kokonaiskovetusprojektissamme vaadittu 38–42 HRC.

Siksi joissakin renkaissa, rullissa tai pyöräkäsissä tärkeä tekninen kysymys on:

Tarvitseeko asiakas todella koko komponentin olevan saman kovuuden, vai riittääkö, että vain työpinta kovennetaan?

Vastaus voi johtaa täysin erilaiseen lämmönkäsittelyratkaisuun.

3. Hiilittäminen + karkaistaminen

Hiilittäminen perustuu toiseen periaatteeseen.

Yksinkertaistettu prosessi on:

Alhaisen hiilipitoisuuden teräs → pinnan hiilipitoisuuden lisääminen → karkaistaminen → jälkikarkaistaminen

Erilailla kuin tavallinen kokonaiskarkaistaminen tai induktiokarkaistaminen hiilittäminen on lämpökemiallinen diffuusioprosessi, joka lisää hiilipitoisuutta pinnan läheisyydessä.

Karkaistamisen jälkeen tavoitteena on saavuttaa:

Pinta → Korkea kovuus ja hyvä kulumisvastus

Ydin → Alhaisempi kovuus, mutta hyvä sitkeys

Ilmakehän hiiltäminen on laajalti käytetty menetelmä hiilipitoisille teräksille, ja se on erityisen hyödyllinen, kun komponentin vaaditaan olevan kovaa ja kulumisvastuista pinnaltaan sekä sitkeämpää ydinosaltaan.

Tyypillisiä sovelluksia ovat vaihteistot, akselit ja muut voimakkaasti kuormitetut komponentit.

Keskikorkean hiilipitoisuuden materiaalille, kuten AISI 1045:lle, hiiltäminen ei kuitenkaan yleensä ole ensimmäinen ratkaisumme pelkästään 38–42 HRC:n kovuusvaatimuksen saavuttamiseksi. Materiaali sisältää jo riittävästi hiiltä suoralle karkaistukselle, joten vaadittu suorituskyky ja komponentin rakenne tulisi arvioida ensin ennen lämpökäsittelymenetelmän muuttamista.

Mitä tästä projektista opimme

Tämä projekti muistutti insinööri- ja myyntitiimiamme tärkeästä periaatteesta:

Materiaali + Geometria + Lämmönkäsittely + Kovuusvaatimus on aina arvioitava yhdessä.

Kun vastaanotetaan mukautettu komponentin piirustus, ei riitä kysyä:

"Voiko 45#-teräs saavuttaa 40 HRC:n kovuuden?"

Meidän tulisi myös kysyä:

Missä kovuus mitataan?

Onko vaatimus pinnan kovuudelle vai läpikovuudelle?

Mikä on komponentin poikkileikkauksen paksuus?

Vaaditaanko kovettumissyvyyttä?

Mitä kovuusvaihtelua sallitaan mittauspisteiden välillä?

Vaatiiko käyttökohta kulumisresistenssiä, ytimen sitkeyttä vai molempia?

Tulevissa mukautetuissa projekteissa, joissa kovuustoleranssit ovat tiukkoja, lähestymistapamme on varovaisempi:

Tarkista ensin. Vahvista tarvittaessa. Sitten vahvista sitoumus.

Joskus tuotannon haaste on myös mahdollisuus parantaa insinööritietämystämme.

CIXI HOTO:ssa emme halua pelkästään valmistaa tuotteita piirustuksen mukaan. Haluamme ymmärtää paremmin miksi vaatimus on olemassa, onko valittu materiaali ja valmistusmenetelmä sopivia sekä miten tuotannossa saavutetaan vakaimpia tuloksia.

CIXI HOTO — Komponenteista ratkaisuihin.