Viden

Hvilke typer stål bruges til nitrering af gear? Og nogle mikrostrukturegenskaber for almindeligt anvendte ståltyper. Forståelse af mikrostrukturegenskaberne kan bidrage til at fremhæve gears gode ydeevne under brug og samtidig optimere gearproduktionsprocessen, hvilket bidrager til at forbedre gears levetid.

 

01

Kerneformålet med nitrering

 

Først skal vi forstå, hvorfor nitrering udføres? Hovedformålet med nitrering er at opnå en ydeevnematch af "hård yderside og sej inderside" ved at danne et nitridlag på overfladen. Derfor skal stålet, der anvendes til nitrering, opfylde følgende nøglekrav: 1) Nitreringsfølsomhed: Stålet skal indeholde tilstrækkelige nitriddannende elementer (såsom Al, Cr, Mo, V osv.), som kan kombineres med nitrogen for at danne stabile legeringsnitrider (såsom AlN, CrN, MoN osv.), hvilket forbedrer nitridlagets hårdhed og slidstyrke betydeligt. 2) Kernens mekaniske egenskaber: Efter bratkøling og anløbning skal kernen have passende styrke og sejhed til at modstå belastninger og forhindre brud. Generelt kræves en trækstyrke på omkring 1000 MPa, en hårdhed på omkring HRC 35 og en slagsejhed på ≥ 40 J/cm². 3) Mikrostrukturensartethed: Der bør ikke være alvorlig segregering, ikke-metalliske indeslutninger eller porøsitetsdefekter i stålet, da det ellers vil føre til ujævn tykkelse af nitridlaget, hårdhedsudsving og endda revner. 4) Bearbejdelighed: Det skal have god bearbejdelighed og varmebehandlingsevne for at opfylde bearbejdningskravene til gear med komplekse former.

 

02

Stål til nitrering af gear

 

Fra det foregående afsnit kender vi kerneformålet med nitrering. For at danne disse nitrider på stålets overflade skal stålet indeholde disse kemiske elementer. For at opretholde kernens sejhed skal vi desuden normalt bruge legeret stål med et medium kulstofindhold til bratkøling og anløbning (bratkøling + højtemperaturanløbning) før nitrering. Nitreringstemperaturen bør være lavere end anløbningstemperaturen efter bratkøling for at reducere deformation.

 

 

03

Almindeligt anvendte nitrideret stål og deres mikrostrukturegenskaber

 

1) 38CrMoAlA er det mest anvendte nitrerede stål.

De vigtigste kemiske sammensætningselementer (massefraktion) er:

0.35 % - 0.42 % C, 0.20 % - 0.45 % Si, 0.30 % - 0.60 % Mn, 1.35 % - 1.65 % Cr, 0.15 % - 0.25 % Mo, 0.70 % - 1.10 % Al.

Mikrostruktur efter bratkøling og anløbning: Efter oliebratkøling ved 850-880°C og højtemperaturanløbning ved 600-650°C er mikrostrukturen ensartet anløben sorbit, og kornstørrelsen er normalt 6-8 grader. Al-elementet findes i fast opløsning, hvilket danner et materialegrundlag for efterfølgende nitreringsreaktioner.

Mikrostruktur af det nitrerede lag: Efter nitrering (500-560°C, ammoniakatmosfære) dannes en trelagsstruktur på overfladen. Efter ionnitrering er det sammensatte lag hovedsageligt γ'-fase, der indeholder en lille mængde ε-fase og legeringsnitrider, med enkle og skarpe diffraktionslinjer og færre faser.

Hårdheden af ​​ε-fasen kan nå 900-1100HV; γ'-fasen, i nålelignende eller blokform, har en hårdhed på 800-900HV; overgangslaget er et diffusionslag bestående af legeringsnitrider (såsom AlN) og perlit med en svag hårdhedsgradient. Kernen bevarer stadig den tempererede sorbitstruktur, hvilket sikrer god sejhed.

 

2) 42CrMo-stål bruges ofte til nitrering af kraftige gear på grund af dets høje hærdbarhed og styrke.Dens kemiske sammensætning (massefraktion) er: 0.38% - 0.45% C, 0.20% - 0.40% Si, 0.50% - 0.80% Mn, 0.90% - 1.20% Cr og 0.15% - 0.25% Mo.

Hærdet mikrostruktur: Efter bratkøling ved 840-860 ℃ og anløbning ved 580-620 ℃ er mikrostrukturen finthærdet sorbit med finere korn (7-9 grader), og den har en højere dislokationstæthed end 38CrMoAlA. Kernens hårdhed er kontrolleret til 33-36 HRC.

Nitridlagets mikrostruktur: Efter nitrering består overfladen hovedsageligt af γ'-fasen med en relativt tynd ε-fase. På grund af tilstedeværelsen af ​​Cr- og Mo-elementer dannes en stor mængde legeringsnitrider såsom CrN og MoN i diffusionslaget, som er spredt fordelt, hvilket får det nitriderede lags hårdhed til at nå 850-1000 HV. Da det ikke indeholder Al-elementet, er ion-nitreringens dybde lidt lavere, normalt omkring 0.1 mm.

 

 

3) Egenskaber ved nitreret lag

Hårdhed og slidstyrke: Typen og fordelingen af ​​legeringsnitrider er afgørende. Den høje spredning af AlN i 38CrMoAlA resulterer i den højeste hårdhed af det nitrerede lag; CrN og MoN i 42CrMo kan forbedre slidstyrken.

Udmattelsesevne: Ensartetheden af ​​den afkølede og anløbne mikrostruktur er af afgørende betydning. Grove korn eller karbidsegregering kan forårsage spændingskoncentration i det nitrerede lag, hvilket reducerer bøjningsudmattelsesstyrken. Finkornet anløben sorbit kan øge gears udmattelseslevetid med 30% til 50%.

Anti-seizing-egenskaber: Selvom ε-fasen har høj hårdhed, er den sprød. For meget ε-fase kan føre til afskalning af det nitrerede lag. Den γ'-fasedominerede mikrostruktur har bedre sejhed og anti-seizing-egenskaber. Derfor kontrolleres tykkelsen af ​​ε-fasen normalt til ≤ 5 μm for tunge gear.

 

04

Resumé

I praktiske anvendelser bør valget af stål til nitrering af gear styres af de operationelle krav. Mikrostrukturanalyse er en nøglemetode til at bestemme materialets egnethed og processens rationalitet - en ensartet hærdet sorbitmatrix er en forudsætning for at sikre kernens ydeevne, mens typen, fordelingen og fasesammensætningen af ​​nitriderne i det nitrerede lag direkte bestemmer overfladeforstærkningseffekten. Det var alt for i dag. Velkommen til at dele i kommentarfeltet og give en tommelfinger opad for at støtte!

 

Vigor har stor erfaring og et professionelt team inden for tandhjulsproduktion og materialebehandling. Hvis vi kan hjælpe med noget, eller hvis der er noget, der skal udvikles til tandhjul og aksler, er du velkommen til at kontakte os på info@castings-forging.com