Hitameðferð við kolefnisframleiðslu á gírum: Aukin styrkur, endingu og afköst

Í nútíma aflgjafakerfum er gert ráð fyrir að gírar virki við erfiðar aðstæður eins og hátt tog, stöðugan snúning, mikið álag, sveiflukenndan hraða og langa vinnsluferla. Hefðbundin stálblendi, jafnvel með góða innri hörku, geta oft ekki þolað slíkar krefjandi aðstæður án þess að yfirborðsbilun, tannholur, núningur, slit og þreytusprungur komi fram. Til að sigrast á þessum áskorunum verður hitameðferð nauðsynlegt skref í gírframleiðslu og meðal allra aðferða,kolefnismyndunstendur upp úr sem ein áhrifaríkasta yfirborðsherðingaraðferðin.

Karburering (einnig kölluð málmherðing) er málmvinnsluaðferð þar sem kolefni er sett inn í yfirborðslag stálgírhjóla við hátt hitastig. Eftir kælingu breytist yfirborðið í hart martensítískt hylki en kjarninn heldur seiglu og höggþoli. Þessi samsetning er hörð að utan, sterk að innan. Þess vegna eru kolefnisgírar mikið notaðir í bílaumferð, iðnaðargírkassa, þungavinnuvélum, námubúnaði, flug- og geimdrifum og vélmenni.

Hvað er kolefnismyndun?

Karburering er dreifingarbundin hitameðferð sem framkvæmd er við hitastig sem er yfirleitt á bilinu 880°C – 950°C. Í ferlinu eru gírar hitaðir í kolefnisríku andrúmslofti. Kolefnisatóm dreifast inn í yfirborðslag stálsins og auka kolefnisinnihald þess. Eftir að hafa verið liggja í bleyti í tilskilinn tíma eru gírarnir kældir hratt til að mynda hert martensíthylki.

Dýpt kolefnisgengju kallast hylkisdýpt og hægt er að stjórna henni með því að breyta hitastigi, geymslutíma og kolefnismöguleikum. Almennt er markmiðshylkisdýptin á bilinu 0,8 mm til 2,5 mm, allt eftir notkun, stærð gírs og nauðsynlegri burðargetu.

Af hverju þarf að karburera gír?

Karburering snýst ekki aðeins um að auka hörku; hún bætir verulega afköst við raunverulegar vinnuaðstæður. Helstu kostir eru meðal annars:

1. Mikil slitþol
   Hert yfirborð kemur í veg fyrir slit, gryfjumyndun, örflögnun og skemmdir vegna yfirborðsþreytu.

2. Meiri burðargeta
   Karbureraðir gírar geta borið þyngri byrði og flutt meira tog án þess að afmyndast.

3. Bættur beygjustyrkur tanna
   Mjúkur, sveigjanlegur kjarni gleypir högg og högg og dregur úr hættu á tannbrotum.

4. Yfirburða þreytulíf
   Karbureraðir gírar geta starfað í tugi þúsunda klukkustunda við háar hringrásaraðstæður.

5. Minnkuð núning og hitamyndun
   Mýkri tannvirkni tryggir hljóðlátari og orkusparandi gírkassa.

Vegna þessara kosta hefur kolefnismeðhöndlun orðið staðlað hitameðferð fyrirbílaiðnaðurgírar, sérstaklega fyrirkeilulaga gírar, skrúfgírar, hringgírar, mismunadrifsgírar og gírkassar.

Kolefnisferlið skref fyrir skref

Heilt kolefnisferli felur í sér nokkur stig, sem hvert um sig hefur áhrif á lokaafköst:

1. Forhitun og austenítisering

Gírar eru hitaðir upp að kolefnishitastigi þar sem stál umbreytist í austenít. Þessi uppbygging gerir kolefni kleift að dreifast auðveldlega.

2. Kolefnisdreifing og myndun efna

Gírarnir eru haldnir í kolefnisríku umhverfi (gas, lofttæmi eða fast kolefnisefni). Kolefnisatóm dreifast inn á við og mynda herta hylki eftir slökkvun.

3. Slökkvun

Hraðkæling breytir yfirborðslaginu, sem er kolefnisríkt, í martensít — afar hart og slitþolið.

4. Herðing

Eftir kælingu er nauðsynlegt að herða til að draga úr brothættni, bæta seiglu og stöðuga örbyggingu.

5. Lokavinnsla / slípun

Hitameðhöndluð gír eru oft slípuð eða slípuð til að ná nákvæmri tannlögun, sléttu snertimynstri og bestu mögulegu hávaðastjórnun.

Tegundir kolefnisframleiðslu fyrir gír

Nokkrar kolefnisvinnslutækni hafa verið þróaðar, hver með einstaka kosti.

Meðal þeirra,lofttæmis kolefnislosuner sífellt vinsælli fyrir nákvæmnisgír vegna jafnrar dreifingar á hylkjum, umhverfisvænni og lítillar aflögunar.

Efnisval fyrir kolefnisblöndun

Ekki eru öll stál hæf til karburunar. Tilvalin efni eru lágkolefnisblönduð stál með góðri herðni og kjarnaþol.

Algeng stáltegund til karburunar:

• 16MnCr5

• 20CrMnTi

• 8620 / 4320 stál

• 18CrNiMo7-6

• SCM415 / SCM420

Þessi stáltegundir leyfa djúpa hörkuherðingu en viðhalda samt sterkum, sveigjanlegum kjarna - fullkomið fyrir þungavinnugír.

Gæðaþættir í kolefnisbundnum gírum

Til að ná stöðugri frammistöðu þarf að hafa stjórn á nokkrum mikilvægum þáttum:

1. Yfirborðsþéttni kolefnis

2. Virk málsdýpt (ECD)

3. Varðveitt austenítmagn

4. Röskun og víddarstöðugleiki

5. Jafnvægi hörku (58–62 HRC á yfirborði)

Vel stýrt kolefnisferli tryggir að gírar starfi áreiðanlega í mörg ár með lágmarks viðhaldi.

Notkun kolefnisbundinna gír

Karburering er mikið notuð í iðnaði þar sem áreiðanleiki, nákvæmni og mikil álagsþol eru nauðsynleg:

• Gírkassar og mismunadrifskerfi í bílum

• Dráttarvél, námuvinnsla og þungavinnubúnaður

• Vélmenni og sjálfvirknibúnaður

• Gírkassar fyrir vindmyllur

• Drif og gírskiptingar fyrir geimferðir

• Knúningskerfi sjávar

Þar sem gírar þurfa að þola högg, þrýsting og langtíma snúningsálag er kolefnismeðhöndlun traustasta lausnin.

Meðhöndlun með kolefnismeðferð breytir venjulegum stálgírum í afkastamikla íhluti sem þola krefjandi umhverfi. Ferlið styrkir yfirborðið gegn sliti og þreytu en varðveitir sterkan innri kjarna fyrir höggþol. Þar sem vélar þróast í átt að meiri aflþéttleika og skilvirkni munu kolefnishreinsaðir gírar áfram vera lykiltækni í nútíma verkfræði og aflgjafakerfum.