Proces kaljenja valjkastih lanaca: Ključna komponenta koja određuje pouzdanost prijenosa
U sektoru industrijskog prenosa,valjkasti lancisu ključne komponente za prijenos snage i kretanja, a njihove performanse direktno utiču na efikasnost rada i sigurnost cijele mašinerije. Od teških mjenjača u rudarskim mašinama do preciznog pogona preciznih alatnih mašina, od terenskih operacija u poljoprivrednim mašinama do prijenosa snage u automobilskim motorima, valjkasti lanci dosljedno igraju ulogu "mosta snage". U proizvodnji valjkastih lanaca, popuštanje, ključni korak u procesu termičke obrade, je poput ključnog koraka koji "pretvara kamen u zlato", direktno određujući čvrstoću, žilavost, otpornost na habanje i vijek trajanja lanca.
1. Zašto je kaljenje "obavezni kurs" u proizvodnji valjkastih lanaca?
Prije nego što razmotrimo proces kaljenja, prvo moramo razjasniti: Zašto je kaljenje valjkastog lanca neophodno? Ovo počinje obradom glavnih komponenti lanca: valjaka, čahura, klinova i karika. Nakon oblikovanja, ključne komponente valjkastog lanca obično prolaze proces kaljenja: radni komad se zagrijava iznad kritične temperature (obično 820-860°C), drži na toj temperaturi određeno vrijeme, a zatim se brzo hladi (npr. u vodi ili ulju) kako bi se unutrašnja struktura metala transformirala u martenzit. Iako kaljenje značajno povećava tvrdoću radnog komada (dostižući HRC 58-62), ono također predstavlja kritičan nedostatak: izuzetno visoka unutrašnja naprezanja i krhkost, što ga čini podložnim lomu pod utjecajem udara ili vibracija. Zamislite da kaljeni valjkasti lanac koristite direktno za prijenos. Kvarovi poput loma klinova i pucanja valjka mogli bi se dogoditi tokom početnog opterećenja, s katastrofalnim posljedicama.
Proces otpuštanja rješava problem "tvrdo, ali krhko" nakon kaljenja. Kaljeni radni komad se ponovo zagrijava na temperaturu ispod kritične temperature (obično 150-350°C), drži na toj temperaturi određeno vrijeme, a zatim se polako hladi. Ovaj proces prilagođava unutrašnju strukturu metala kako bi se postigla optimalna ravnoteža između tvrdoće i žilavosti. Kod valjkastih lanaca, otpuštanje igra ključnu ulogu u tri ključna područja:
Ublažava unutrašnje naprezanje: Ublažava strukturne i termičke naprezanja nastale tokom kaljenja, sprečavajući deformacije i pucanje u radnom komadu zbog koncentracije naprezanja tokom upotrebe;
Optimizacija mehaničkih svojstava: Prilagodite odnos tvrdoće, čvrstoće i žilavosti na osnovu zahtjeva primjene - na primjer, lanci za građevinske mašine zahtijevaju veću žilavost, dok lanci za precizne prijenose zahtijevaju veću tvrdoću;
Stabilizacija mikrostrukture i dimenzija: Stabilizacija unutrašnje mikrostrukture metala kako bi se spriječila dimenzionalna deformacija lanca uzrokovana promjenama mikrostrukture tokom upotrebe, što bi moglo uticati na tačnost prenosa.
II. Osnovni parametri i kontrolne tačke procesa kaljenja valjkastih lanaca
Učinkovitost procesa popuštanja ovisi o preciznoj kontroli tri osnovna parametra: temperature, vremena i brzine hlađenja. Različite kombinacije parametara mogu proizvesti značajno različite rezultate performansi. Proces popuštanja treba prilagoditi različitim komponentama valjkastog lanca (valjci, čahure, klinovi i ploče) zbog njihovih različitih karakteristika opterećenja i zahtjeva za performansama.
1. Temperatura kaljenja: "Jezgro dugmeta" za kontrolu performansi
Temperatura otpuštanja je najvažniji faktor u određivanju konačnih performansi obratka. Kako temperatura raste, tvrdoća obratka se smanjuje, a njegova žilavost se povećava. Ovisno o primjeni valjkastog lanca, temperature otpuštanja se općenito kategoriziraju na sljedeći način:
Otpuštanje na niskim temperaturama (150-250°C): Prvenstveno se koristi za komponente koje zahtijevaju visoku tvrdoću i otpornost na habanje, kao što su valjci i čahure. Otpuštanje na niskim temperaturama održava tvrdoću obratka od HRC 55-60, a istovremeno eliminira neka unutrašnja naprezanja, što ga čini pogodnim za primjene u visokofrekventnim prijenosima s niskim udarom (kao što su pogoni vretena alatnih mašina).
Srednjetemperaturno otpuštanje (300-450°C): Pogodno za komponente koje zahtijevaju visoku čvrstoću i elastičnost, kao što su klinovi i lančane ploče. Nakon srednjetemperaturnog otpuštanja, tvrdoća obratka pada na HRC 35-45, što značajno poboljšava njegovu granicu tečenja i granicu elastičnosti, omogućavajući mu da izdrži velika udarna opterećenja (npr. u građevinskim mašinama i rudarskoj opremi).
Otpuštanje na visokim temperaturama (500-650°C): Rijetko se koristi za komponente valjkastih lanaca, a koristi se samo u specijaliziranim primjenama za pomoćne komponente koje zahtijevaju visoku žilavost. Na ovoj temperaturi, tvrdoća se dodatno smanjuje (HRC 25-35), ali se udarna žilavost značajno poboljšava.
Ključne kontrolne tačke: Ujednačenost temperature unutar peći za kaljenje je ključna, s temperaturnim razlikama kontroliranim unutar ±5°C. Neujednačene temperature mogu dovesti do značajnih varijacija u performansama unutar iste serije obradaka. Na primjer, pretjerano visoke lokalizirane temperature na valjcima mogu stvoriti "meka mjesta", smanjujući otpornost na habanje. Pretjerano niske temperature mogu nepotpuno eliminirati unutarnja naprezanja, što dovodi do pucanja.
2. Vrijeme popuštanja: „Dovoljan uslov“ za mikrostrukturnu transformaciju
Vrijeme otpuštanja mora osigurati dovoljnu mikrostrukturnu transformaciju unutar obratka, a istovremeno izbjeći smanjenje performansi uzrokovano prekomjernim otpuštanjem. Prekratko vrijeme sprječava potpuno oslobađanje unutrašnjeg napona, što rezultira nepotpunom mikrostrukturnom transformacijom i nedovoljnom žilavošću. Predugo vrijeme povećava troškove proizvodnje i može dovesti do prekomjernog smanjenja tvrdoće. Vrijeme otpuštanja komponenti valjkastih lanaca općenito je određeno debljinom obratka i opterećenjem peći:
Tankozidne komponente (kao što su lančane ploče, debljine 3-8 mm): Vrijeme popuštanja je obično 1-2 sata;
Komponente s debelim stijenkama (kao što su valjci i klinovi, promjera 10-30 mm): Vrijeme popuštanja treba produžiti na 2-4 sata;
Za veća opterećenja peći, vrijeme popuštanja treba povećati za 10%-20% kako bi se osigurao ravnomjeran prijenos topline na jezgro obratka.
Ključne kontrolne tačke: Korištenje metode „postepenog povećanja temperature“ može optimizirati efikasnost otpuštanja - prvo podignite temperaturu peći na 80% ciljane temperature, držite je 30 minuta, a zatim je podignite na ciljanu temperaturu kako biste izbjegli nova termička naprezanja u obratku zbog naglog porasta temperature.
3. Brzina hlađenja: "Posljednja linija odbrane" za stabilne performanse
Brzina hlađenja nakon popuštanja ima relativno mali utjecaj na performanse obratka, ali je i dalje potrebno pravilno kontrolirati. Obično se koristi hlađenje zrakom (prirodno hlađenje) ili hlađenje peći (hlađenje u peći):
Nakon otpuštanja na niskim temperaturama, hlađenje zrakom se obično koristi kako bi se temperatura brzo smanjila na sobnu temperaturu i izbjeglo produženo izlaganje srednjim temperaturama, što može dovesti do gubitka tvrdoće.
Ako je nakon popuštanja na srednjoj temperaturi potrebna veća žilavost, može se koristiti hlađenje u peći. Proces sporog hlađenja dodatno usitnjava veličinu zrna i poboljšava otpornost na udar.
Ključne kontrolne tačke: Tokom procesa hlađenja, važno je izbjegavati neravnomjeran kontakt između površine obratka i zraka, što može dovesti do oksidacije ili dekarburizacije. Zaštitni plinovi poput dušika mogu se uvesti u peć za popuštanje ili se na površinu obratka mogu nanijeti antioksidacijski premazi kako bi se osigurala kvaliteta površine.
III. Uobičajeni problemi i rješenja kaljenja valjkastih lanaca
Čak i ako se razumiju osnovni parametri, problemi s kvalitetom popuštanja mogu se pojaviti u stvarnoj proizvodnji zbog faktora kao što su oprema, rad ili materijali. Slijede četiri najčešća problema koja se javljaju tokom popuštanja valjkastih lanaca i njihova odgovarajuća rješenja:
1. Nedovoljna ili neujednačena tvrdoća
Simptomi: Tvrdoća obratka je niža od projektnog zahtjeva (npr. tvrdoća valjka ne dostiže HRC 55) ili razlika tvrdoće između različitih dijelova istog obratka prelazi HRC 3. Uzroci:
Temperatura popuštanja je previsoka ili je vrijeme držanja predugo;
Raspodjela temperature peći za kaljenje je neravnomjerna;
Brzina hlađenja obratka nakon kaljenja je nedovoljna, što rezultira nepotpunim formiranjem martenzita.
Rješenja:
Kalibrirajte termoelement peći za kaljenje, redovno pratite raspodjelu temperature unutar peći i zamijenite stare cijevi za grijanje;
Strogo kontrolisati temperaturu i vrijeme u skladu s procesnim listom i koristiti stepenasto zadržavanje;
Optimizirajte proces kaljenja i hlađenja kako biste osigurali brzo i ravnomjerno hlađenje obratka.
2. Unutrašnji napon nije eliminisan, što dovodi do pucanja tokom upotrebe
Simptomi: Tokom početne instalacije i upotrebe lanca, klin ili ploča lanca mogu se slomiti bez upozorenja, uz krhki lom.
Uzroci:
Temperatura otpuštanja je preniska ili je vrijeme zadržavanja prekratko, što rezultira nedovoljnim oslobađanjem unutrašnjeg napona;
Obradak nije odmah popušten nakon kaljenja (duže od 24 sata), što dovodi do akumulacije unutrašnjeg napona. Rješenje:
Odgovarajuće povećajte temperaturu otpuštanja na osnovu debljine obratka (npr. sa 300°C na 320°C za igle) i produžite vrijeme držanja.
Nakon kaljenja, obradak se mora popustiti u roku od 4 sata kako bi se izbjeglo produženo akumuliranje napona.
Koristite proces "sekundarnog popuštanja" za ključne komponente (nakon početnog popuštanja, ohladite na sobnu temperaturu, a zatim ponovo popustite na povišenim temperaturama) kako biste dodatno uklonili zaostala naprezanja.
3. Površinska oksidacija i dekarburizacija
Simptomi: Na površini obratka pojavljuje se sivo-crna oksidna skala ili tester tvrdoće pokazuje da je površinska tvrdoća niža od jezgrene tvrdoće (sloj dekarburizacije je deblji od 0,1 mm).
Uzrok:
Prekomjerni sadržaj zraka u peći za popuštanje uzrokuje reakciju između obratka i kisika.
Predugo vrijeme popuštanja uzrokuje difuziju i raspršivanje ugljika s površine. Rješenje: Koristite zatvorenu peć za popuštanje sa zaštitnom atmosferom dušika ili vodika kako biste kontrolirali sadržaj kisika u peći na ispod 0,5%. Smanjite nepotrebno vrijeme popuštanja i optimizirajte metodu punjenja peći kako biste izbjegli prekomjerno pakiranje obradaka. Za obradke koji su blago oksidirali, izvršite pjeskarenje nakon popuštanja kako biste uklonili površinski kamenac.
4. Dimenzionalna deformacija
Simptomi: Prekomjerna ovalnost valjka (preko 0,05 mm) ili neusklađeni otvori na ploči lanca.
Uzrok: Prebrzo popuštanje, zagrijavanje ili hlađenje, stvara termički stres koji dovodi do deformacije.
Nepravilno postavljanje radnih komada tokom punjenja peći rezultira neravnomjernim naponom.
Rješenje: Koristite sporo zagrijavanje (50°C/sat) i sporo hlađenje kako biste smanjili termički stres.
Dizajnirajte specijalizirane uređaje kako biste osigurali da radni komad ostane slobodan tokom popuštanja i izbjegao deformaciju kompresijom.
Za visokoprecizne dijelove, nakon popuštanja, dodajte korak ravnanja, koristeći ravnanje pod pritiskom ili termičku obradu za korekciju dimenzija.
IV. Kontrola kvaliteta procesa kaljenja i kriteriji prihvatanja
Da bi se osiguralo da komponente valjkastih lanaca ispunjavaju zahtjeve performansi nakon popuštanja, mora se uspostaviti sveobuhvatan sistem inspekcije kvaliteta, koji provodi detaljne inspekcije u četiri dimenzije: izgled, tvrdoća, mehanička svojstva i mikrostruktura.
1. Pregled izgleda
Sadržaj inspekcije: Površinski nedostaci kao što su kamenac, pukotine i udubljenja.
Metoda inspekcije: Vizuelna inspekcija ili inspekcija pomoću lupe (uvećanje 10x).
Kriteriji prihvatljivosti: Nema vidljivih naslaga, pukotina ili neravnina na površini i ujednačena boja.
2. Ispitivanje tvrdoće
Sadržaj inspekcije: Tvrdoća površine i ujednačenost tvrdoće.
Metoda inspekcije: Za ispitivanje površinske tvrdoće valjaka i klinova koristite Rockwellov tester tvrdoće (HRC). 5% radnih komada iz svake serije se nasumično uzorkuje, a na svakom radnom komadu se pregledavaju tri različita mjesta.
Kriteriji prihvatanja:
Valjci i čahure: HRC 55-60, sa razlikom tvrdoće od ≤ HRC3 unutar iste serije.
Klin i ploča lanca: HRC 35-45, sa razlikom tvrdoće od ≤ HRC2 unutar iste serije. 3. Ispitivanje mehaničkih svojstava
Sadržaj testa: Zatezna čvrstoća, udarna žilavost;
Metoda ispitivanja: Standardni uzorci se pripremaju iz jedne serije radnih komada svakog kvartala za ispitivanje zatezanjem (GB/T 228.1) i ispitivanje udarom (GB/T 229);
Kriteriji prihvatanja:
Zatezna čvrstoća: Klinovi ≥ 800 MPa, Lanci ≥ 600 MPa;
Udarna žilavost: Igle ≥ 30 J/cm², Lanci ≥ 25 J/cm².
4. Ispitivanje mikrostrukture
Sadržaj testa: Unutrašnja struktura je ujednačen popušteni martenzit i popušteni bainit;
Metoda ispitivanja: Presjeci radnog komada se režu, poliraju i nagrizaju, a zatim posmatraju metalografskim mikroskopom (uvećanje 400x);
Kriteriji prihvatljivosti: Ujednačena struktura bez mrežnih karbida ili grubih zrna i debljina dekarburiziranog sloja ≤ 0,05 mm.
V. Trendovi u industriji: Smjer razvoja inteligentnih procesa kaljenja
Sa široko rasprostranjenim usvajanjem tehnologija Industrije 4.0, procesi kaljenja valjkastih lanaca razvijaju se prema inteligentnim, preciznim i zelenim procesima. Vrijedi napomenuti tri ključna trenda:
1. Inteligentni sistem za kontrolu temperature
Korištenjem tehnologije Interneta stvari (IoT), više kompleta visokopreciznih termoelemenata i infracrvenih temperaturnih senzora postavlja se unutar peći za kaljenje kako bi se prikupljali podaci o temperaturi u realnom vremenu. Korištenjem AI algoritama, snaga zagrijavanja se automatski podešava kako bi se postigla tačnost kontrole temperature unutar ±2°C. Nadalje, sistem bilježi krivulju kaljenja za svaku seriju radnih komada, stvarajući sljedivi zapis o kvaliteti.
2. Digitalna simulacija procesa
Korištenjem softvera za analizu konačnih elemenata (kao što je ANSYS), simuliraju se temperaturna i naponska polja obratka tokom popuštanja kako bi se predvidjele potencijalne deformacije i neujednačene performanse, čime se optimiziraju parametri procesa. Na primjer, simulacija može odrediti optimalno vrijeme popuštanja za određeni model valjka, povećavajući efikasnost za 30% u poređenju s tradicionalnim metodama pokušaja i grešaka.
3. Zeleni i energetski štedljivi procesi
Razvoj tehnologije niskotemperaturnog, kratkotrajnog otpuštanja smanjuje temperaturu otpuštanja i potrošnju energije dodavanjem katalizatora. Implementacija sistema za iskorištavanje otpadne toplote za recikliranje toplote iz visokotemperaturnog dimnog gasa koji se ispušta iz peći za otpuštanje za predgrijavanje obradaka, postižući uštedu energije od preko 20%. Nadalje, promoviranje upotrebe vodotopivih antioksidacijskih premaza kao alternative tradicionalnim premazima na bazi ulja smanjuje emisije isparljivih organskih spojeva (VOC).
Vrijeme objave: 08.09.2025.