Zobniki so ključne komponente prenosa v mehanski opremi, njihova zmogljivost in kakovost pa neposredno vplivata na učinkovitost delovanja in življenjsko dobo celotne opreme. Kot pomemben člen v procesu izdelave zobnikov ima toplotna obdelava pomembno vlogo pri izboljšanju trdote, odpornosti proti obrabi in odpornosti proti utrujenosti zobnikov. Vendar pa postopek toplotne obdelave pogosto spremljajo težave z deformacijo zobnikov, kar ne vpliva samo na natančnost orodja, ampak lahko tudi negativno vpliva na njegovo trdnost in življenjsko dobo. Ta članek bo podrobno razpravljal o 12 glavnih dejavnikih popačenja zobnikov pri toplotni obdelavi z namenom zagotavljanja uporabne reference za proizvodnjo zobnikov.
1. Vsebnost ogljika
Vsebnost ogljika je glavni dejavnik, ki vpliva na popačenje zobnikov pri toplotni obdelavi. Višja kot je vsebnost ogljika v materialu zobnika, večja je deformacija zvijanja in volumna, ki nastanejo med kaljenjem. To je zato, ker se med postopkom kaljenja visokoogljičnega jekla volumen močno spremeni, ko se avstenit spremeni v martenzit, kar povzroči povečano popačenje. Zato je treba pri izbiri materialov orodja vsebnost ogljika razumno nadzorovati glede na specifične zahteve uporabe.
2. Elementi zlitin
Legirni elementi prav tako pomembno vplivajo na popačenje zobnikov pri toplotni obdelavi. Nekateri zlitinski elementi, kot so C, Mn, Ni, Cr, Mo itd., lahko povečajo kaljivost, vendar tudi povečajo nagnjenost k popačenju. Drugi elementi zlitin, kot so Cr, Mn, Mo, Si, Ni, Ti itd., pomagajo zmanjšati popačenje. To je predvsem zato, ker lahko ti elementi vplivajo na mikrostrukturo jekla, s čimer vplivajo na porazdelitev napetosti in popačenje med toplotno obdelavo.
3. Kaljivost
Kaljivost je pomemben indeks zmogljivosti materialov za zobnike, ki določa, ali lahko zobnik med postopkom kaljenja pridobi enotno strukturo martenzita. Večja ko je kaljivost, večja je deformacija, ki jo povzroči zobnik med kaljenjem. To je zato, ker je med postopkom kaljenja materialov z visoko kaljivostjo hitrost transformacije avstenita v martenzit velika in sprememba prostornine velika, kar povzroči povečano popačenje. Zato je treba pri izbiri materialov za zobnike kaljivost razumno nadzorovati glede na specifične zahteve uporabe.
4. Oblikovanje orodja
Oblika in velikost orodja prav tako pomembno vplivata na njegovo popačenje pri toplotni obdelavi. Konstrukcijske napake, kot so asimetrična oblika, slaba enakomernost prečnega prereza, slaba togost naper in neustrezna namestitev procesnih lukenj, bodo povečale popačenje zobnikov zaradi toplotne obdelave. Zato je treba pri načrtovanju zobnikov čim bolj upoštevati simetrične oblike, enotne prereze in primerne lokacije procesnih lukenj, da se zmanjša popačenje pri toplotni obdelavi.
5. Nehomogenost mikrostrukture
Mikrostrukturna heterogenost jekla je tudi eden od pomembnih dejavnikov, ki vodijo do popačenja zobnikov pri toplotni obdelavi. Nehomogena mikrostruktura vključuje grobo tkivo, veliko segregacijo in retikularno tkivo itd. Te napake bodo povečale stopnjo popačenja med postopkom kaljenja. Zato je treba med postopkom priprave materialov zobnikov čim bolj odpraviti te mikrostrukturne napake, da dobimo enakomerno in fino mikrostrukturo.
6. Organizacija skupine in ločevanje
Struktura pasov in segregacija sta ena od pogostih napak v jeklu in pomembno vplivata tudi na popačenje zobnikov pri toplotni obdelavi. Trakasta struktura nastane zaradi neenakomerne porazdelitve legiranih elementov v jeklu, kar bo vodilo do neenakomerne porazdelitve napetosti med postopkom kaljenja in s tem poslabšanja popačenja. Segregacija nastane zaradi prerazporeditve raztopljenih elementov med postopkom strjevanja jekla, kar bo povzročilo neenakomerno delovanje materiala zobnika in s tem vplivalo na popačenje toplotne obdelave.
7. Oblika gredice za kontinuirno litje
Oblika gredice za kontinuirno litje ima tudi določen vpliv na popačenje toplotne obdelave zobnika. Popačenje zobnikov, proizvedenih s pravokotno obliko neprekinjenega litja, je razmeroma enakomerno, medtem ko ima popačenje zobnikov, izdelanih s pravokotno obliko neprekinjeno litje, očitno usmerjenost. To je predvsem zato, ker bodo gredice iz kontinuirnega litja različnih oblik povzročile različne porazdelitve napetosti med procesom hlajenja, kar bo vplivalo na popačenje pri toplotni obdelavi.
8. Bistvena velikost zrn
Lastna velikost zrn se nanaša na velikost zrn jekla v avstenitnem stanju. Manjša ko je notranja velikost zrn, ustrezno se zmanjša količina popačenja po kaljenju zobnikov. To je zato, ker je sprememba prostornine drobnozrnatega jekla med postopkom kaljenja iz avstenita v martenzit relativno majhna, s čimer se zmanjša popačenje. Zato je treba v procesu priprave materialov zobnikov čim bolj uporabljati drobnozrnato jeklo.
9. Izvirna struktura surovca
Izvirna struktura surovca zobnika prav tako pomembno vpliva na njegovo popačenje pri toplotni obdelavi. Če je prvotna struktura surovca neenakomerna, bo to povzročilo neenakomerno porazdelitev napetosti v zobniku med toplotno obdelavo in s tem poslabšalo popačenje. Zato je treba med postopkom priprave surovcev zobnikov čim bolj odpraviti nehomogenost prvotne strukture, da dobimo enotno in fino izvirno strukturo.
10. Postopek kovanja
Postopek kovanja ima tudi pomemben vpliv na popačenje zobnikov zaradi toplotne obdelave. Popolno kovanje pomaga zmanjšati popačenje, zlasti oblikovanje razumne kovinske racionalizirane strukture po kovanju, kar lahko zmanjša popačenje pri toplotni obdelavi. Razumno kovanje lahko tudi zmanjša ločevanje kovane gredice, naredi strukturo enotno, izboljša strukturo traku in pomaga zmanjšati popačenje pri toplotni obdelavi. Vendar, če je temperatura ogrevanja med postopkom kovanja neenakomerna, stopnja deformacije je neenakomerna ali je končna temperatura kovanja visoka, bo to povzročilo povečanje popačenja toplotne obdelave zobnika.
11. Pripravljalna toplotna obdelava
Predhodna toplotna obdelava surovcev zobnikov ima pomembno vlogo pri zmanjševanju popačenja pri končni toplotni obdelavi. Ko se uporablja običajna normalizacija, je popačenje toplotne obdelave razmeroma veliko; ko se uporablja izotermna normalizacija ali kaljenje in popuščanje, se lahko zmanjša popačenje toplotne obdelave. To je zato, ker lahko izotermna normalizacija ter kaljenje in popuščanje izboljšajo mikrostrukturo jekla, zaradi česar je bolj enotno in fino, s čimer se zmanjša popačenje pri toplotni obdelavi.
12. Postopek kaljenja in hlajenja
Procesi kaljenja in hlajenja so ključni členi pri ustvarjanju popačenja zobnikov zaradi toplotne obdelave. Med postopkom kaljenja obstaja veliko dejavnikov, ki vodijo do popačenja zaradi dejavnikov, kot so velike spremembe specifičnega volumna tkiva, visoke temperature segrevanja in intenzivno hlajenje. Hitrejša kot je hitrost hlajenja, resnejše je neenakomerno hlajenje in pomembnejše je popačenje zvijanja. Poleg tega so vrsta hladilnega medija za kaljenje, zmogljivost hlajenja, kaljivost itd. prav tako povezani s popačenjem. Zato je treba med procesoma kaljenja in hlajenja parametre, kot so temperatura segrevanja, hitrost hlajenja in vrsta hladilnega medija za kaljenje, ustrezno nadzorovati, da se zmanjša popačenje toplotne obdelave.
Popačenje zobnikov pri toplotni obdelavi je posledica več dejavnikov. Da bi zmanjšali popačenje pri toplotni obdelavi, je treba sprejeti celovite ukrepe za nadzor, začenši z izbiro materiala, načrtovanjem zobnikov, nadzorom mikrostrukture, postopkom kovanja, predhodne toplotne obdelave ter procesom kaljenja in hlajenja. Samo na ta način je mogoče zagotoviti dobro delovanje in kakovost zobnikov med postopkom toplotne obdelave.
