Zobratu karburizējošā termiskā apstrāde: izturības, ilgmūžības un veiktspējas uzlabošana

Mūsdienu spēka pārvades sistēmās tiek sagaidīts, ka zobrati darbosies ekstremālos apstākļos ar lielu griezes momentu, nepārtrauktu rotāciju, lielām slodzēm, mainīgiem ātrumiem un ilgiem darba cikliem. Tradicionālie leģētie tēraudi, pat ar labu iekšējo cietību, bieži vien nevar izturēt tik sarežģītus pielietojumus bez virsmas bojājumiem, zobu izciļņiem, skrāpējumiem, nodiluma un noguruma plaisām. Lai pārvarētu šīs problēmas, termiskā apstrāde kļūst par būtisku posmu zobratu ražošanā, un starp visām metodēm,karburēšanaizceļas kā viens no visefektīvākajiem virsmas sacietēšanas procesiem.

Oglekļa rūdīšana (saukta arī par rūdīšanu) ir metalurģiska metode, kuras laikā augstā temperatūrā tērauda zobratu virsmas slānī ievada oglekli. Pēc rūdīšanas virsma pārvēršas cietā martensītiskā apvalkā, kamēr serde saglabā izturību un triecienizturību. Šī kombinācija ir cieta no ārpuses, izturīga no iekšpuses. Tāpēc carburizētus zobratus plaši izmanto automobiļu transmisijās, rūpnieciskajās pārnesumkārbās, smagajās mašīnās, kalnrūpniecības iekārtās, kosmosa piedziņās un robotikā.

Kas ir karburēšana?

Cinkošana ir difūzijas termiskā apstrāde, ko parasti veic temperatūrā no 880 °C līdz 950 °C. Procesa laikā zobrati tiek karsēti oglekli saturošā atmosfērā. Oglekļa atomi difundējas tērauda virsmas slānī, palielinot tā oglekļa saturu. Pēc nepieciešamā laika mērcēšanas zobrati tiek ātri rūdīti, veidojot sacietējušu martensītisku apvalku.

Oglekļa iespiešanās dziļumu sauc par čaulas dziļumu, un to var kontrolēt, mainot temperatūru, turēšanas laiku un oglekļa potenciālu. Parasti mērķa čaulas dziļums ir no 0,8 mm līdz 2,5 mm atkarībā no pielietojuma, zobrata izmēra un nepieciešamās slodzes izturības.

Kāpēc zobratiem nepieciešama karburizācija?

Karbonizācija ne tikai palielina cietību, bet arī ievērojami uzlabo veiktspēju reālos darba apstākļos. Galvenās priekšrocības ir šādas:

1. Augsta nodilumizturība
   Rūdītā virsma novērš abrazīvo nodilumu, izciļņu veidošanos, mikrošķembas un virsmas noguruma bojājumus.

2. Lielāka kravnesība
   Oglekļa zobrati var nest lielākas slodzes un pārvadīt lielāku griezes momentu bez deformācijas.

3. Uzlabota zobu locīšanas izturība
   Mīkstais, elastīgais kodols absorbē triecienus un triecienus, samazinot zobu lūzuma risku.

4. Izcila noguruma dzīve
   Karburizēti zobrati var darboties desmitiem tūkstošu stundu augsta cikla apstākļos.

5. Samazināta berze un siltuma ģenerēšana
   Vienmērīgāka zobu saķere nodrošina klusāku un energoefektīvāku transmisiju.

Šo priekšrocību dēļ carburizācija ir kļuvusi par standarta termisko apstrādi.automobiļupārnesumi, īpaši paredzētikonusveida zobrati, spirālveida zobrati, gredzenveida zobrati, diferenciālzobrati un transmisijas vārpstas.

Karbonizācijas process soli pa solim

Pilnīgs karburizācijas process ietver vairākus posmus, no kuriem katrs ietekmē galīgo veiktspēju:

1. Iepriekšēja uzsildīšana un austenitizācija

Zobrati tiek uzkarsēti līdz cementēšanas temperatūrai, kur tērauds pārvēršas austenītā. Šī struktūra ļauj ogleklim viegli difundēt.

2. Oglekļa difūzija un korpusa veidošanās

Zobrati tiek turēti oglekli saturošā vidē (gāzē, vakuumā vai cietā carburizējošā līdzeklī). Oglekļa atomi difundējas uz iekšu, pēc rūdīšanas veidojot sacietējušu apvalku.

3. Rūdīšana

Ātra dzesēšana pārveido virsmas slāni ar augstu oglekļa saturu par martensītu — ārkārtīgi cietu un nodilumizturīgu.

4. Rūdīšana

Pēc rūdīšanas ir nepieciešama atlaidīšana, lai samazinātu trauslumu, uzlabotu izturību un stabilizētu mikrostruktūru.

5. Galīgā apstrāde / slīpēšana

Termiski apstrādātiem zobratiem bieži tiek veikta apdares slīpēšana vai pieslīpēšana, lai panāktu precīzu zobu ģeometriju, vienmērīgu kontakta rakstu un optimālu trokšņa kontroli.

Zobratu karburizācijas veidi

Ir izstrādātas vairākas karburizācijas tehnoloģijas, katrai no tām ir unikālas priekšrocības.

Starp tiem,vakuuma karburizācijaarvien vairāk tiek dota priekšroka precīzijas pārnesumiem, pateicoties tā vienmērīgajam korpusa sadalījumam, videi draudzīgumam un zemajam deformācijas līmenim.

Materiālu izvēle karburizēšanai

Ne visi tēraudi ir piemēroti cementēšanai. Ideāli materiāli ir zema oglekļa satura leģētie tēraudi ar labu cietināmību un serdes izturību.

Parastie karburēšanas tēraudi:

• 16MnCr5

• 20CrMnTi

• 8620 / 4320 tērauds

• 18CrNiMo7-6

• SCM415 / SCM420

Šie tēraudi ļauj veikt dziļu korpusa sacietēšanu, vienlaikus saglabājot spēcīgu, elastīgu serdi — ideāli piemērotu lieljaudas zobratiem.

Kvalitātes faktori karburizētos zobratos

Lai sasniegtu stabilu sniegumu, ir jākontrolē vairāki kritiski faktori:

1. Virsmas oglekļa koncentrācija

2. Efektīvais lietas dziļums (ECD)

3. Saglabāts austenīta līmenis

4. Deformācija un izmēru stabilitāte

5. Cietības vienmērīgums (58–62 HRC uz virsmas)

Labi kontrolēts cementēšanas process nodrošina pārnesumu uzticamu darbību gadiem ilgi ar minimālu apkopi.

Karburizētu zobratu pielietojumi

Karbonizācija tiek plaši izmantota nozarēs, kurās ir būtiska uzticamība, precizitāte un augsta slodzes izturība:

• Automobiļu pārnesumkārbas un diferenciālsistēmas

• Traktors, kalnrūpniecības un smagā tehnika

• Robotika un automatizācijas mehānismi

• Vēja turbīnu pārnesumkārbas

• Aviācijas un kosmosa piedziņas un turbīnu transmisijas

• Jūras dzinēju sistēmas

Visur, kur zobratiem jāiztur triecieni, spiediens un ilgstoša rotācijas slodze, cementēšana ir visuzticamākais risinājums.

Cietināšanas termiskā apstrāde pārveido parastos tērauda zobratus par augstas veiktspējas detaļām, kas spēj izturēt sarežģītus apstākļus. Šis process nostiprina virsmu pret nodilumu un nogurumu, vienlaikus saglabājot izturīgu iekšējo serdi triecienizturībai. Mašīnām attīstoties virzienā uz lielāku jaudas blīvumu un efektivitāti, cementēti zobrati joprojām būs galvenā tehnoloģija mūsdienu inženierzinātnēs un enerģijas pārvades sistēmās.