Zahnräder sind wichtige Getriebekomponenten in mechanischen Geräten, und ihre Leistung und Qualität wirken sich direkt auf die Betriebseffizienz und Lebensdauer der gesamten Ausrüstung aus. Als wichtiges Glied im Zahnradherstellungsprozess spielt die Wärmebehandlung eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Härte, Verschleißfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit von Zahnrädern. Der Wärmebehandlungsprozess geht jedoch häufig mit Verzugsproblemen des Zahnrads einher, die nicht nur die Genauigkeit des Zahnrads beeinträchtigen, sondern auch seine Festigkeit und Lebensdauer beeinträchtigen können. In diesem Artikel werden die 12 Hauptfaktoren des Verzugs bei der Wärmebehandlung von Zahnrädern ausführlich erörtert, um eine nützliche Referenz für die Zahnradherstellung zu bieten.
1. Kohlenstoffgehalt
Der Kohlenstoffgehalt ist der Hauptfaktor, der den Verzug bei der Wärmebehandlung von Zahnrädern beeinflusst. Je höher der Kohlenstoffgehalt im Zahnradwerkstoff ist, desto größer sind die beim Abschrecken entstehenden Verzugs- und Volumenverzüge. Dies liegt daran, dass sich während des Abschreckprozesses von Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt das Volumen stark ändert, wenn sich Austenit in Martensit umwandelt, was zu einem erhöhten Verzug führt. Daher sollte bei der Auswahl der Getriebematerialien der Kohlenstoffgehalt entsprechend den spezifischen Anwendungsanforderungen angemessen kontrolliert werden.
2. Legierungselemente
Legierungselemente haben auch einen erheblichen Einfluss auf den Verzug bei der Wärmebehandlung von Zahnrädern. Einige Legierungselemente wie C, Mn, Ni, Cr, Mo usw. können die Härtbarkeit erhöhen, aber auch die Verzugsneigung erhöhen. Andere Legierungselemente wie Cr, Mn, Mo, Si, Ni, Ti usw. tragen zur Reduzierung von Verzerrungen bei. Dies liegt vor allem daran, dass diese Elemente die Mikrostruktur von Stahl beeinflussen und dadurch die Spannungsverteilung und den Verzug während der Wärmebehandlung beeinflussen können.
3. Härtbarkeit
Die Härtbarkeit ist ein wichtiger Leistungsindex von Zahnradmaterialien, der bestimmt, ob das Zahnrad während des Abschreckprozesses eine gleichmäßige Martensitstruktur erhalten kann. Je höher die Härtbarkeit, desto größer ist die Verformung, die das Zahnrad beim Abschrecken erzeugt. Dies liegt daran, dass während des Abschreckprozesses von Materialien mit hoher Härtbarkeit die Umwandlungsgeschwindigkeit von Austenit in Martensit hoch ist und die Volumenänderung groß ist, was zu einem erhöhten Verzug führt. Daher sollte bei der Auswahl von Getriebematerialien die Härtbarkeit entsprechend den spezifischen Anwendungsanforderungen angemessen kontrolliert werden.
4. Getriebedesign
Auch die Konstruktionsform und -größe des Zahnrads hat einen wichtigen Einfluss auf seinen Wärmebehandlungsverzug. Konstruktionsfehler wie asymmetrische Form, schlechte Querschnittsgleichmäßigkeit, schlechte Speichensteifigkeit und falsche Positionierung der Prozesslöcher erhöhen den Wärmebehandlungsverzug von Zahnrädern. Daher sollten bei der Konstruktion von Zahnrädern so weit wie möglich symmetrische Formen, gleichmäßige Querschnitte und angemessene Prozesslochpositionen berücksichtigt werden, um Verformungen durch die Wärmebehandlung zu reduzieren.
5. Inhomogenität der Mikrostruktur
Die mikrostrukturelle Heterogenität von Stahl ist auch einer der wichtigen Faktoren, die zu Verzerrungen bei der Wärmebehandlung von Zahnrädern führen. Die inhomogene Mikrostruktur umfasst grobes Gewebe, große Segregationen und netzförmiges Gewebe usw. Diese Defekte erhöhen den Grad der Verformung während des Abschreckprozesses. Daher sollten diese Mikrostrukturfehler während des Herstellungsprozesses von Zahnradmaterialien so weit wie möglich beseitigt werden, um eine gleichmäßige und feine Mikrostruktur zu erhalten.
6. Bandorganisation und Segregation
Streifenstruktur und Segregation gehören zu den häufigsten Fehlern bei Stahl und haben auch einen erheblichen Einfluss auf den Verzug von Zahnrädern durch die Wärmebehandlung. Die Streifenstruktur entsteht durch die ungleichmäßige Verteilung der Legierungselemente im Stahl, was zu einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung während des Abschreckvorgangs führt und dadurch den Verzug verstärkt. Durch die Umverteilung gelöster Elemente während des Erstarrungsprozesses von Stahl kommt es zu einer Entmischung, die zu einer ungleichmäßigen Leistung des Zahnradmaterials führt und dadurch den Verzug durch die Wärmebehandlung beeinträchtigt.
7. Strangguss-Knüppelform
Auch die Form des Stranggussbarrens hat einen gewissen Einfluss auf den Verzug der Zahnradwärmebehandlung. Der Wärmebehandlungsverzug von Zahnrädern, die mit quadratischer Form von Stranggussblöcken hergestellt wurden, ist relativ gleichmäßig, während der Wärmebehandlungsverzug von Zahnrädern, die mit rechteckiger Form von Stranggussblöcken hergestellt wurden, eine offensichtliche Richtungsabhängigkeit aufweist. Dies liegt vor allem daran, dass Stranggussbarren unterschiedlicher Form während des Abkühlprozesses unterschiedliche Spannungsverteilungen erzeugen und sich somit auf den Verzug durch die Wärmebehandlung auswirken.
8. Wesentliche Korngröße
Die intrinsische Korngröße bezieht sich auf die Größe der Stahlkörner im austenitischen Zustand. Je feiner die intrinsische Korngröße ist, desto geringer wird der Verformungsgrad nach dem Abschrecken des Zahnrads sein. Dies liegt daran, dass die Volumenänderung von Feinkornstahl während des Abschreckprozesses von Austenit zu Martensit relativ gering ist, wodurch der Verzug reduziert wird. Daher sollte bei der Herstellung von Getriebematerialien so weit wie möglich Feinkornstahl verwendet werden.
9. Ursprüngliche Struktur des Rohlings
Auch die ursprüngliche Struktur des Zahnradrohlings hat einen wichtigen Einfluss auf seinen Wärmebehandlungsverzug. Wenn die ursprüngliche Struktur des Rohlings uneben ist, führt dies während der Wärmebehandlung zu einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung im Zahnrad, wodurch sich der Verzug verschlimmert. Daher sollte bei der Vorbereitung von Zahnradrohlingen die Inhomogenität der Originalstruktur so weit wie möglich beseitigt werden, um eine gleichmäßige und feine Originalstruktur zu erhalten.
10. Schmiedeprozess
Der Schmiedeprozess hat auch einen erheblichen Einfluss auf den Verzug der Zahnradwärmebehandlung. Vollständiges Schmieden trägt dazu bei, Verformungen zu reduzieren, insbesondere die Bildung einer angemessenen stromlinienförmigen Struktur des Metalls nach dem Schmieden, wodurch Verformungen durch die Wärmebehandlung verringert werden können. Durch angemessenes Schmieden kann auch die Entmischung des geschmiedeten Knüppels verringert, die Struktur gleichmäßiger gemacht, die Bandstruktur verbessert und dazu beigetragen werden, Verformungen durch die Wärmebehandlung zu reduzieren. Wenn jedoch die Erwärmungstemperatur während des Schmiedeprozesses ungleichmäßig ist, der Grad der Verformung ungleichmäßig ist oder die endgültige Schmiedetemperatur hoch ist, führt dies zu einer Zunahme des Verzugs bei der Wärmebehandlung des Zahnrads.
11. Vorbereitende Wärmebehandlung
Die vorläufige Wärmebehandlung von Zahnradrohlingen spielt eine wichtige Rolle bei der Reduzierung des Verzugs durch die abschließende Wärmebehandlung. Wenn normales Normalisieren verwendet wird, ist der Wärmebehandlungsverzug relativ groß; Wenn isothermes Normalisieren oder Abschrecken und Anlassen verwendet wird, kann der Verzug durch die Wärmebehandlung verringert werden. Dies liegt daran, dass isothermes Normalisieren sowie Abschrecken und Anlassen die Mikrostruktur von Stahl verbessern und ihn gleichmäßiger und feiner machen können, wodurch Verformungen durch die Wärmebehandlung verringert werden.
12. Abschreck- und Abkühlprozess
Die Abschreck- und Abkühlprozesse sind Schlüsselelemente bei der Entstehung von Verformungen bei der Wärmebehandlung von Zahnrädern. Während des Abschreckprozesses gibt es viele Faktoren, die aufgrund von Faktoren wie großen Änderungen des spezifischen Gewebevolumens, hohen Erwärmungstemperaturen und starker Abkühlung zu Verformungen führen. Je schneller die Abkühlungsrate ist, desto schwerwiegender ist die ungleichmäßige Abkühlung und desto größer ist die Verzugsverzerrung. Darüber hinaus hängen auch die Art des Abschreckkühlmediums, die Kühlleistung, die Härtbarkeit usw. mit dem Verzug zusammen. Daher sollten während des Abschreck- und Abkühlprozesses Parameter wie Heiztemperatur, Abkühlgeschwindigkeit und Art des Abschreckkühlmediums angemessen kontrolliert werden, um Verformungen durch die Wärmebehandlung zu reduzieren.
Der Verzug der Zahnradwärmebehandlung ist das Ergebnis mehrerer Faktoren. Um den Verzug durch die Wärmebehandlung zu reduzieren, sollten umfassende Maßnahmen zu seiner Kontrolle ergriffen werden, beginnend mit der Materialauswahl, der Zahnradkonstruktion, der Kontrolle der Mikrostruktur, dem Schmiedeprozess, der Vorwärmebehandlung sowie den Abschreck- und Abkühlprozessen. Nur so kann eine gute Leistung und Qualität der Zahnräder während des Wärmebehandlungsprozesses gewährleistet werden.
