Процес на карбуризация на ролкови вериги

Ролковата верига е трансмисионна част, широко използвана в промишленото производство. Нейните характеристики зависят до голяма степен от производствения процес, а процесът на карбуризация е ключът към подобряване на производителността на ролковата верига.

Процес на карбуризация на ролкови вериги: ключът към подобряване на производителността
Ролковите вериги изпълняват важната задача за предаване в различни механични съоръжения. Работната им среда често е сложна и променлива, изправена пред предизвикателства като високоинтензивно натоварване, износване и умора. За да се даде възможност на ролковите вериги да се адаптират по-добре към тези сурови условия и да удължат експлоатационния си живот, процесът на цементация се е превърнал в неразделна част от производствения процес на ролковите вериги.

Основни принципи на процеса на карбуризация
Карбуризацията е процес на термична обработка, който се използва главно за подобряване на твърдостта, износоустойчивостта и устойчивостта на умора на стоманената повърхност, като същевременно се поддържа добра жилавост и пластичност на сърцевината. По-конкретно, ролковата верига се поставя в богата на въглерод среда и въглеродните атоми се инфилтрират в повърхността на ролковата верига при висока температура, за да образуват високовъглероден карбуризиран слой. С понижаване на температурата този слой от високовъглероден аустенит ще се трансформира в изключително твърд мартензит, като по този начин се постига втвърдяване на повърхността на ролковата верига.

Често срещани методи за цементиране на ролкови вериги
Газова карбуризация: Това е един от най-широко използваните методи за карбуризация. Ролковата верига се поставя в запечатана карбуризираща пещ и се въвежда карбуризиращ агент, съставен главно от въглеводородни газове като метан и етан. При високи температури тези газове се разлагат, за да образуват активни въглеродни атоми, като по този начин се постига карбуризация. Предимствата на газовата карбуризация са проста работа, бърза скорост на нагряване, кратък производствен цикъл и възможност за точно регулиране на дълбочината и концентрацията на карбуризирания слой чрез контролиране на параметри като състав на газа и дебит. Качеството на карбуризацията е стабилно, което е лесно постижимо чрез механизирана и автоматизирана работа, значително подобрявайки условията на труд.
Течно цементиране: Течното цементиране представлява потапяне на ролковата верига в течна цементираща среда. Често използваните среди включват силициев карбид, цементиращ агент „603“ и др. При подходяща температура въглеродните атоми се разтварят от течната среда и проникват в повърхността на ролковата верига. Предимството на течното цементиране е, че производственият цикъл е сравнително кратък и закаляването може да се извърши директно след цементирането, без да се притеснявате за окисляване и обезвъглеродяване. Температурата и времето са лесни за контролиране, нагряването е равномерно и деформацията на детайла може да бъде ефективно намалена. Оборудването също е сравнително просто. Работните му условия обаче са сравнително лоши и обикновено е подходящо за единично производство или производство на малки партиди.
Твърдо карбуризиране: Това е по-традиционен метод за карбуризиране. Ролковата верига се поставя в затворена кутия за карбуризиране заедно с твърд карбуризиращ агент, след което кутията за карбуризиране се поставя в нагревателна пещ и се нагрява до температурата на карбуризиране и се държи топла за определен период от време, така че активните въглеродни атоми да проникнат в повърхността на ролковата верига. Твърдият карбуризиращ агент обикновено се състои от въглен и някои промотори. Предимствата на този метод са лесна работа, ниски технически изисквания, липса на необходимост от специално оборудване, широка гама от източници на карбуризиращи агенти и възможност за самостоятелно приготвяне, както и широк спектър от приложения. Но недостатъците също са очевидни. Качеството на карбуризиране е трудно за точно контролиране, условията на работа са лоши, якостта е висока, производственият цикъл е дълъг, цената е висока и тенденцията за растеж на зърната е сериозна по време на процеса на карбуризиране. За някои важни детайли обикновено не се използва директно закаляване.

Ключови елементи на процеса на карбуризиране на ролкови вериги
Температура и време на карбуризация: Температурата на карбуризация обикновено е между 900℃ и 950℃. По-високите температури могат да ускорят скоростта на дифузия на въглеродните атоми и да съкратят времето за карбуризация, но същевременно могат да причинят растеж на зърната и да повлияят на производителността на ролковата верига. Времето за карбуризация се определя в зависимост от необходимата дълбочина на карбуризиращия слой, обикновено варирайки от няколко часа до десетки часове. Например, за някои ролкови вериги, които изискват по-плитък карбуризиращ слой, това може да отнеме само няколко часа, докато за ролкови вериги, които изискват по-дълбок карбуризиращ слой, може да отнеме десетки часове време за карбуризация. В реалното производство е необходимо да се определят оптималните параметри на температурата и времето за карбуризация чрез експерименти и опит, базирани на фактори като специфичния материал, размера и изискванията за производителност на ролковата верига.
Контрол на въглеродния потенциал: Въглеродният потенциал се отнася до способността на карбуризиращия агент да доставя въглеродни атоми на повърхността на детайла. Точният контрол на въглеродния потенциал е ключът към получаването на идеален карбуризиран слой. Твърде високият въглероден потенциал ще доведе до появата на мрежови карбиди по повърхността на ролковата верига, намалявайки нейната якост на умора; твърде ниският въглероден потенциал ще доведе до недостатъчна дълбочина на карбуризирания слой и невъзможност за изпълнение на изискванията за производителност. Обикновено инструменти като кислородни сонди и инфрачервени газови анализатори се използват за наблюдение на атмосферата в пещта в реално време и въглеродният потенциал се регулира с времето според резултатите от наблюдението, за да се гарантира, че градиентът на въглеродния потенциал винаги е в идеалния диапазон, така че да се получи равномерен и висококачествен карбуризиран слой. Освен това, с помощта на усъвършенствана компютърна симулационна технология, може да се създаде модел на дифузия на въглеродния потенциал, който да симулира промяната на градиента на въглеродния потенциал и еволюцията на карбуризирания слой при различни параметри на процеса, да предвиди предварително ефекта на карбуризиране, да осигури научна основа за оптимизация на процеса и допълнително да подобри точността и стабилността на процеса на карбуризиране.
Охлаждане и закаляване: След цементиране, ролковата верига обикновено трябва да се охлади бързо и да се закали, за да се образува мартензитна структура и да се подобри повърхностната твърдост. Обичайните закалителни среди включват масло, вода, полимерна закалителна течност и др. Различните закалителни среди имат различна скорост на охлаждане и характеристики и трябва да бъдат разумно избрани според материала и изискванията за производителност на ролковата верига. Например, за някои малки ролкови вериги може да се използва закаляване в масло; за големи ролкови вериги или ролкови вериги с по-високи изисквания за твърдост може да се използва закаляване във вода или полимерна закалителна течност. След закаляване, ролковата верига също трябва да се закали, за да се елиминира вътрешното напрежение, генерирано по време на процеса на закаляване, и да се подобри нейната жилавост. Температурата на отпускане обикновено е между 150℃ и 200℃, а времето за отпускане се определя според фактори като размера на ролковата верига и температурата на отпускане, обикновено около 1 до 2 часа.

Избор на материал за ролкова верига и адаптиране на процеса на цементация
Материалът на ролковата верига обикновено е нисковъглеродна стомана или нисковъглеродна легирана стомана, като например стомана 20, 20CrMnTi и др. Тези материали имат добра пластичност и жилавост и могат да образуват висококачествен цементиран слой по време на цементирането. Вземайки за пример 20CrMnTi, той съдържа елементи като хром, манган и титан. Тези легиращи елементи могат не само да подобрят здравината и жилавостта на стоманата, но и да повлияят на нейния втвърдяващ ефект по време на цементирането. Преди цементирането, ролковата верига трябва да бъде правилно предварително обработена, като например ецване или пясъкоструене, за да се отстранят повърхностните оксиди и замърсявания, за да се осигури плавното протичане на процеса на цементиране.

Процесът на карбуризация подобрява производителността на ролковата верига
Твърдост и износоустойчивост: След цементиране, повърхностната твърдост на ролковата верига може да се подобри значително, обикновено до HRC58 до 64. Това ѝ позволява ефективно да се противопоставя на проблеми като износване на повърхността на зъбите, залепване и точкова рана при тежки работни условия, като висока скорост, голямо натоварване и често стартиране, и значително да удължи експлоатационния си живот. Например, ролковите вериги, използвани в някои големи минни машини, са подобрили значително износоустойчивостта си след цементиране и могат да транспортират материали стабилно за дълго време, намалявайки броя на спиранията на оборудването и ремонтите, причинени от износване на веригата.
Противоуморни характеристики: Остатъчното компресионно напрежение, образувано от карбуризирания слой, и рафинираната структура на повърхностния слой спомагат за подобряване на противоуморните характеристики на ролковата верига. Под действието на циклични натоварвания, ролковата верига може да издържи на по-голяма амплитуда на напрежение и не е склонна към пукнатини от умора, като по този начин повишава нейната надеждност при дългосрочна експлоатация. Това е особено важно за някои съоръжения, които трябва да работят непрекъснато, като например ангренажната верига в автомобилния двигател, което може да осигури безопасна и стабилна работа на оборудването и да намали риска от повреда.
Комплексни механични свойства: Процесът на карбуризация не само подобрява производителността на повърхността на ролковата верига, но и поддържа добрата здравина на сърцевината. По този начин, когато ролковата верига е подложена на ударни натоварвания, тя може по-добре да абсорбира и разсейва енергията и да избягва проблеми с повреди, като например счупване, дължащо се на локална концентрация на напрежение. Ролковата верига може да покаже добри комплексни механични свойства в различни сложни работни среди и да отговори на нуждите от трансмисия на различно механично оборудване.

Контрол и проверка на качеството на карбонизираните ролкови вериги
Проверка на дълбочината на карбуризирания слой: Металографският анализ обикновено се използва за измерване на дълбочината на карбуризирания слой. След рязане, полиране и корозия на пробата от ролкова верига, структурата на карбуризирания слой се наблюдава под металографски микроскоп и се измерва неговата дълбочина. Този индикатор директно отразява дали ефектът на карбуризиране отговаря на проектните изисквания, което е от решаващо значение за осигуряване на производителността на ролковата верига. Например, за някои ролкови вериги, използвани за тежкотоварни трансмисии, може да се изисква дълбочината на карбуризирания слой да достигне около 0,8 до 1,2 мм, за да отговори на изискванията за износоустойчивост и устойчивост на умора при високи натоварвания.
Изпитване за твърдост: Използвайте тестер за твърдост, за да проверите твърдостта на повърхността и сърцевината на ролковата верига. Твърдостта на повърхността трябва да отговаря на зададения стандартен диапазон, а твърдостта на сърцевината също трябва да бъде в подходящ диапазон, за да се гарантира, че ролковата верига има добри общи характеристики. Изпитването за твърдост обикновено се извършва с определена честота на вземане на проби и всяка партида произведени ролкови вериги се проба.
Металографска проверка на структурата: В допълнение към откриването на дълбочината на карбуризирания слой, трябва да се провери и металографската структура на карбуризирания слой, включително морфологията, разпределението и размера на зърната на карбидите. Добрата металографска структура може да осигури производителността на ролковата верига по време на употреба. Например, фините и равномерно разпределени карбиди спомагат за подобряване на износоустойчивостта и устойчивостта на умора на ролковата верига, докато прекомерният размер на зърната може да намали нейната жилавост. Чрез металографска проверка на структурата, проблемите в процеса на карбуризиране могат да бъдат открити навреме и да се предприемат съответните мерки за коригиране и подобряване на качеството на продукта.

Заключение
Процесът на цементиране на ролкови вериги е сложна и критична технология, която играе жизненоважна роля за подобряване на производителността на ролковите вериги. От избора на методи на процес до контрола на ключови елементи, до адаптирането на материалите и контрола на качеството, всички звена трябва да бъдат стриктно контролирани, за да се гарантира, че ролковата верига може да отговаря на изискванията за употреба при различни работни условия. С непрекъснатия напредък на науката и технологиите, процесът на цементиране също непрекъснато се обновява и усъвършенства. Например, използването на усъвършенствана компютърна симулация и технология за онлайн наблюдение в реално време ще спомогне за по-нататъшно оптимизиране на параметрите на процеса на цементиране, ще подобри производителността и качеството на ролковите вериги и ще осигури по-надеждни и ефективни решения за трансмисии за промишленото производство.