Индикаторы технологии индукционной закалки

Науглероживание и закалка создают высокоуглеродистый мартенситный слой на поверхности детали с высокой твердостью и содержанием углерода, обеспечивая отличную износостойкость. Ядро состоит из низкоуглеродистой мартенситной ткани, что приводит к высокому поверхностному напряжению и общей прочности. Это делает цементация и закалка широко используемыми для таких деталей, как шестерни, которые требуют высокой износостойкости, усталостной прочности и контактной усталостной прочности.

Индукционная закалка характеризуется быстрым нагревом и охлаждением, что приводит к значительно меньшим размерам зерен и более высокой вязкости, а также к достижению сверхвысокой твердости.

Износостойкость индукционной закалки

Отличная износостойкость цементированных деталей обусловлена их высокой твердостью поверхности и содержанием углерода. Индукционная закалка позволяет достичь высокой твердости при более низких уровнях углерода, а износостойкость также зависит от микроструктуры.

Стандартные образцы для испытаний на износ были изготовлены из обуглероженных деталей 20CrMnTiH3 и 45 стальных индукционно-закаленных деталей с твердостью от 62-62,5 HRC. Протестировано на M-200 тестере износа с закалкой износа T10, обуглероженные образцы потеряли 4,0 мг, а образцы с индукционной закалкой потеряли 2,1 мг после 1,6 миллиона циклов износа. Стоит изучить механизм, стоящий за лучшей износостойкостью индукционно-закаленных образцов.

Прочность индукционного упрочнения

Прочность обычно считается связанной с твердостью, и та же твердость должна приводить к той же прочности.

Для конкретных частей, какие факторы участвуют? Мы испытали стандартные образцы гантелей на растяжение, изготовленные из обуглероженных деталей 20CrMnTiH3, стали 45, 40CrH и индукционно закаленных деталей 40MnBH, с эффективным диаметром детали 20 мм. Измерения прочности на растяжение составили 819 МПа, 1184 МПа, 1364 МПа и 1369 МПа, соответственно, при этом индукционно закаленные детали имели значительно более высокую прочность, чем цементированные детали.

Сравнивая два процесса, обуглероженные образцы имеют высокоуглеродистый мартенситный поверхностный слой глубиной 1,25 мм и твердостью 62-63HRC и низкоуглеродистую мартенситную сердцевину с твердостью 32HRC. Индукционно-закаленные образцы имеют среднеуглеродистый мартенситный поверхностный слой глубиной 3,6 мм и твердостью 62HRC и закаленное сорбирующее ядро твердостью 26HRC. Можно видеть, что эти два способа обработки приводят к значительному различию глубины упрочняющего слоя поверхности, при этом индукционное упрочнение обеспечивает более глубокий упрочняющий слой и, следовательно, большую прочность части. Поэтому, обсуждая, какой процесс укрепления лучше, необходимо анализировать не только с микро-точки зрения, но и с макро-точки зрения.

Усталостная прочность индукционного упрочнения

И цементация, и индукционная закалка могут эффективно усиливать и создавать значительные остаточные сжимающие напряжения на поверхности деталей, что приводит к высокой усталостной прочности.

Мы изучили зубчатую часть с модулем 2,5, используя 20CrMnTiH3 цементации с глубиной 1,2 мм, и сталь 45 и индукционную закалку 42CrMo с глубиной закалки 2,0 мм. Твердости были все 61-63HRC, и они были обработаны после термической обработки.

Предел усталости трех различных материалов и термообработанных зубьев шестерни составлял 18,50 кН, 20,30 кН и 28,88 кН соответственно. Усталостная прочность индукционно-закаленной шестерни 42CrMo была на 56% выше, чем у цементированной шестерни 20CrMnTiH3, что свидетельствует о значительном преимуществе. Чтобы проанализировать его механизм, нам нужно начать с структуры закаленного слоя, уровня поверхностного сжимающего напряжения, структуры сердечника и твердости.

Контактная усталостная прочность индукционного упрочнения

Для частей шестерни, отказ усталости контакта поверхности зуба также основная форма отказа. Шестерни с легкой нагрузкой имеют относительно низкие требования к контактной усталости, в то время как вопрос о том, может ли индукционная закалка заменить цементацию на конкретных передачах с большой нагрузкой, является важной областью, которую необходимо изучить.

Деформация, вызванная индукционным закалкой

Процесс цементации имеет высокую температуру и длительную продолжительность, что приводит к значительной закалочной деформации. Последующие операции шлифования будут разжижать поверхностный слой с максимальной прочностью и максимальным сжимающим напряжением, вызывая снижение частичной прочности. Зубчатая цементация все чаще использует методы закалки под давлением для уменьшения деформации закалки. Индукционная закалка приводит к относительно небольшой деформации, и из-за большей глубины закалки шлифование имеет меньшее влияние на глубину закалки.