Procés de reveniment de cadenes de rodets: un component central que determina la fiabilitat de la transmissió

Procés de reveniment de cadenes de rodets: un component central que determina la fiabilitat de la transmissió

En el sector de la transmissió industrial,cadenes de rodetssón components clau per a la transmissió de potència i moviment, i el seu rendiment afecta directament l'eficiència operativa i la seguretat de tota la maquinària. Des de la transmissió de servei pesat en maquinària minera fins a la conducció precisa de màquines-eina de precisió, des d'operacions de camp en maquinària agrícola fins a la transmissió de potència en motors d'automòbils, les cadenes de rodets tenen constantment el paper de "pont de potència". En la fabricació de cadenes de rodets, el tremp, un pas fonamental en el procés de tractament tèrmic, és com el pas crucial que "converteix la pedra en or", determinant directament la resistència, la tenacitat, la resistència al desgast i la vida útil de la cadena.

1. Per què el reveniment és un "curs obligatori" en la fabricació de cadenes de rodets?

Abans de parlar del procés de reveniment, primer cal aclarir: Per què és essencial el reveniment de la cadena de rodets? Això comença amb el processament dels components principals de la cadena: rodets, coixinets, passadors i plaques d'enllaç. Després del conformat, els components clau de la cadena de rodets normalment se sotmeten a un procés de refredament: la peça s'escalfa per sobre de la temperatura crítica (normalment 820-860 °C), es manté a aquesta temperatura durant un període de temps i després es refreda ràpidament (per exemple, en aigua o oli) per transformar l'estructura interna del metall en martensita. Tot i que el refredament augmenta significativament la duresa de la peça (arribant a HRC 58-62), també presenta un inconvenient crític: tensions internes i fragilitat extremadament elevades, cosa que la fa susceptible a fractures sota xoc o vibració. Imagineu-vos utilitzar una cadena de rodets refredada directament per a la transmissió. Durant la càrrega inicial es podrien produir fallades com ara la ruptura dels passadors i l'esquerdament dels rodets, amb conseqüències desastroses.

El procés de reveniment aborda el problema de "dur però fràgil" després del tremp. La peça trempada es reescalfa a una temperatura inferior a la temperatura crítica (normalment 150-350 °C), es manté a aquesta temperatura durant un període de temps i després es refreda lentament. Aquest procés ajusta l'estructura interna del metall per aconseguir l'equilibri òptim entre duresa i tenacitat. Per a les cadenes de rodets, el reveniment juga un paper clau en tres àrees clau:

Alleuja la tensió interna: allibera les tensions estructurals i tèrmiques generades durant el refredament, evitant la deformació i l'esquerdament de la peça a causa de la concentració d'estrès durant l'ús;

Optimitzar les propietats mecàniques: ajustar la relació entre duresa, resistència i tenacitat en funció dels requisits de l'aplicació; per exemple, les cadenes per a maquinària de construcció requereixen una major tenacitat, mentre que les cadenes de transmissió de precisió requereixen una major duresa;

Estabilitzar la microestructura i les dimensions: Estabilitza la microestructura interna del metall per evitar la deformació dimensional de la cadena causada pels canvis de la microestructura durant l'ús, que podrien afectar la precisió de la transmissió.

II. Paràmetres bàsics i punts de control del procés de reveniment de la cadena de rodets

L'eficàcia del procés de reveniment depèn del control precís de tres paràmetres bàsics: temperatura, temps i velocitat de refredament. Diferents combinacions de paràmetres poden produir resultats de rendiment significativament diferents. El procés de reveniment s'ha d'adaptar als diferents components de la cadena de rodets (rodets, coixinets, passadors i plaques) a causa de les seves variables característiques de càrrega i requisits de rendiment.

1. Temperatura de reveniment: el "botó central" per al control del rendiment
La temperatura de reveniment és el factor més crític per determinar el rendiment final d'una peça. A mesura que augmenta la temperatura, la duresa de la peça disminueix i la seva tenacitat augmenta. Segons l'aplicació de la cadena de rodets, les temperatures de reveniment es classifiquen generalment de la manera següent:
Reveniment a baixa temperatura (150-250 °C): S'utilitza principalment per a components que requereixen una alta duresa i resistència al desgast, com ara rodets i coixinets. El reveniment a baixa temperatura manté una duresa de la peça de 55-60 HRC alhora que elimina algunes tensions internes, cosa que el fa adequat per a aplicacions de transmissió d'alta freqüència i baix impacte (com ara accionaments de cargols de màquines-eina).
Reveniment a temperatura mitjana (300-450 °C): Apte per a components que requereixen una alta resistència i elasticitat, com ara passadors i plaques de cadena. Després del reveniment a temperatura mitjana, la duresa de la peça baixa a HRC 35-45, millorant significativament el seu límit elàstic i el límit elàstic, cosa que li permet suportar càrregues d'impacte elevades (per exemple, en maquinària de construcció i equips de mineria).
Reveniment a alta temperatura (500-650 °C): Rarament utilitzat per a components de cadenes de rodets centrals, només s'utilitza en aplicacions especialitzades per a components auxiliars que requereixen una alta tenacitat. A aquesta temperatura, la duresa es redueix encara més (HRC 25-35), però la tenacitat a l'impacte millora significativament.
Punts clau de control: La uniformitat de la temperatura dins del forn de reveniment és crucial, amb diferències de temperatura controlades dins de ±5 °C. Les temperatures desiguals poden provocar variacions significatives del rendiment dins del mateix lot de peces. Per exemple, temperatures localitzades excessivament altes als rodets poden crear "punts tous", reduint la resistència al desgast. Temperatures excessivament baixes poden eliminar incompletament les tensions internes, provocant esquerdes.

2. Temps de reveniment: una "condició suficient" per a la transformació microestructural
El temps de reveniment ha de garantir una transformació microestructural suficient dins de la peça, evitant alhora la degradació del rendiment causada pel reveniment excessiu. Un temps massa curt impedeix l'alliberament complet de la tensió interna, cosa que resulta en una transformació microestructural incompleta i una tenacitat insuficient. Un temps massa llarg augmenta els costos de producció i també pot conduir a una reducció excessiva de la duresa. El temps de reveniment dels components de la cadena de rodets generalment està determinat pel gruix de la peça i la càrrega del forn:
Components de paret fina (com ara plaques de cadena, de 3-8 mm de gruix): el temps de reveniment és generalment d'1 a 2 hores;
Components de paret gruixuda (com ara rodets i passadors, de 10-30 mm de diàmetre): el temps de reveniment s'ha d'allargar a 2-4 hores;
Per a càrregues de forn més grans, el temps de reveniment s'ha d'augmentar entre un 10% i un 20% per garantir una transferència de calor uniforme al nucli de la peça.
Punts de control clau: L'ús d'un mètode de "rampa de temperatura gradual" pot optimitzar l'eficiència del reveniment: primer augmenteu la temperatura del forn al 80% de la temperatura objectiu, manteniu-la durant 30 minuts i després augmenteu-la fins a la temperatura objectiu per evitar noves tensions tèrmiques a la peça a causa dels augments ràpids de temperatura.

3. Velocitat de refrigeració: l'"última línia de defensa" per a un rendiment estable
La velocitat de refredament després del reveniment té un impacte relativament petit en el rendiment de la peça, però encara cal controlar-la adequadament. Normalment s'utilitza el refredament per aire (refredament natural) o el refredament per forn (refredament per forn):

Després del tremp a baixa temperatura, el refredament per aire s'utilitza generalment per reduir ràpidament la temperatura a la temperatura ambient i evitar l'exposició prolongada a temperatures mitjanes, que pot provocar pèrdua de duresa.

Si es requereix una major tenacitat després del reveniment a temperatura mitjana, es pot utilitzar el refredament al forn. El procés de refredament lent refina encara més la mida del gra i millora la resistència a l'impacte.

Punts clau de control: Durant el procés de refredament, és important evitar el contacte desigual entre la superfície de la peça i l'aire, que pot provocar oxidació o descarburació. Es poden introduir gasos protectors com el nitrogen al forn de reveniment o es poden aplicar recobriments antioxidants a la superfície de la peça per garantir la qualitat de la superfície.

III. Problemes i solucions habituals del tremp de cadenes de rodets

Fins i tot si es coneixen els paràmetres bàsics, encara es poden produir problemes de qualitat del reveniment en la producció real a causa de factors com l'equip, el funcionament o els materials. Els següents són els quatre problemes més comuns que es troben durant el reveniment de cadenes de rodets i les seves solucions corresponents:

1. Duresa insuficient o desigual

Símptomes: La duresa de la peça és inferior al requisit de disseny (per exemple, la duresa del corró no arriba a 55 HRC) o la diferència de duresa entre les diferents parts de la mateixa peça supera 3 HRC. Causes:
La temperatura de reveniment és massa alta o el temps de manteniment és massa llarg;
La distribució de la temperatura del forn de reveniment és desigual;
La velocitat de refredament de la peça després del refredament és insuficient, cosa que provoca una formació incompleta de martensita.
Solucions:
Calibrar el termopar del forn de temperat, controlar regularment la distribució de la temperatura dins del forn i substituir els tubs de calefacció envellits;
Controlar estrictament la temperatura i el temps segons la fitxa del procés i utilitzar el manteniment per etapes;
Optimitzar el procés de refredament i tremp per garantir un refredament ràpid i uniforme de la peça.

2. La tensió interna no s'elimina, cosa que provoca esquerdes durant l'ús
Símptomes: Durant la instal·lació i l'ús inicials de la cadena, el passador o la placa de la cadena es poden trencar sense previ avís, amb una fractura fràgil.
Causes:
La temperatura de reveniment és massa baixa o el temps de manteniment és massa curt, cosa que provoca una alliberació inadequada de la tensió interna;
La peça no es tempera immediatament després del tremp (durant més de 24 hores), cosa que provoca una acumulació d'estrès intern. Solució:
Augmenteu adequadament la temperatura de reveniment en funció del gruix de la peça (per exemple, de 300 °C a 320 °C per a les clavilles) i allargueu el temps de retenció.
Després del refredament, la peça s'ha de temperar en un termini de 4 hores per evitar una acumulació prolongada d'estrès.
Utilitzeu un procés de "reveniment secundari" per als components clau (després del reveniment inicial, refredeu-los a temperatura ambient i torneu-los a revenir a temperatures elevades) per eliminar encara més les tensions residuals.

3. Oxidació superficial i descarburació

Símptomes: Apareix una capa d'òxid gris-negre a la superfície de la peça o un provador de duresa indica que la duresa superficial és inferior a la duresa del nucli (la capa de descarburació té més de 0,1 mm de gruix).
Causa:
Un contingut excessiu d'aire al forn de reveniment provoca una reacció entre la peça i l'oxigen.
Un temps de reveniment excessiu fa que el carboni es difongui i es dissipi de la superfície. Solució: utilitzeu un forn de reveniment segellat amb una atmosfera protectora de nitrogen o hidrogen per controlar el contingut d'oxigen al forn per sota del 0,5%. Reduïu el temps de reveniment innecessari i optimitzeu el mètode de càrrega del forn per evitar l'excés d'acumulació de peces. Per a peces que s'hagin oxidat lleugerament, realitzeu un granallat després del reveniment per eliminar les incrustacions superficials.

4. Deformació dimensional

Símptomes: Ovalació excessiva del corró (superior a 0,05 mm) o forats de la placa de la cadena desalineats.

Causa: Les velocitats d'escalfament o refredament per reveniment excessivament ràpides generen tensions tèrmiques que provoquen deformacions.

La col·locació incorrecta de les peces de treball durant la càrrega del forn provoca una tensió desigual.

Solució: Utilitzar un escalfament lent (50 °C/hora) i un refredament lent per reduir l'estrès tèrmic.

Dissenyeu accessoris especialitzats per garantir que la peça romangui lliure durant el reveniment per evitar la deformació per compressió.

Per a peces d'alta precisió, afegiu un pas d'endreçament després del reveniment, mitjançant endreçament a pressió o tractament tèrmic per corregir les dimensions.

IV. Inspecció de qualitat i criteris d'acceptació del procés de reveniment

Per garantir que els components de la cadena de rodets compleixin els requisits de rendiment després del reveniment, cal establir un sistema complet d'inspecció de qualitat, que realitzi inspeccions exhaustives en quatre dimensions: aspecte, duresa, propietats mecàniques i microestructura.

1. Inspecció d'aspecte

Contingut de la inspecció: Defectes superficials com ara incrustacions, esquerdes i abolladures.

Mètode d'inspecció: Inspecció visual o inspecció amb lupa (augment de 10x).

Criteris d'acceptació: Sense incrustacions, esquerdes o rebaves visibles a la superfície i color uniforme.

2. Inspecció de duresa

Contingut de la inspecció: duresa superficial i uniformitat de la duresa.

Mètode d'inspecció: utilitzeu un duròmetre Rockwell (HRC) per provar la duresa superficial dels corrons i els passadors. Es mostreja aleatòriament el 5% de les peces de cada lot i s'inspeccionen tres ubicacions diferents de cada peça.

Criteris d'acceptació:

Rodets i coixinets: HRC 55-60, amb una diferència de duresa de ≤ HRC3 dins del mateix lot.

Placa de passador i cadena: HRC 35-45, amb una diferència de duresa de ≤ HRC2 dins del mateix lot. 3. Proves de propietats mecàniques

Contingut de la prova: Resistència a la tracció, tenacitat a l'impacte;

Mètode de prova: Es preparen mostres estàndard a partir d'un lot de peces cada trimestre per a proves de tracció (GB/T 228.1) i proves d'impacte (GB/T 229);

Criteris d'acceptació:

Resistència a la tracció: Clavilles ≥ 800 MPa, Cadenes ≥ 600 MPa;

Resistència a l'impacte: Clavilles ≥ 30 J/cm², Cadenes ≥ 25 J/cm².

4. Proves de microestructura

Contingut de la prova: L'estructura interna és de martensita temperada uniforme i bainita temperada;

Mètode de prova: Es tallen, poleixen i graven seccions transversals de la peça i després s'observen amb un microscopi metal·logràfic (augment de 400x);

Criteris d'acceptació: Estructura uniforme sense carburs reticulats ni grans gruixuts, i un gruix de capa descarburada ≤ 0,05 mm.

V. Tendències de la indústria: la direcció de desenvolupament dels processos intel·ligents de tremp

Amb l'adopció generalitzada de les tecnologies de la Indústria 4.0, els processos de tremp de cadenes de rodets s'estan desenvolupant cap a processos intel·ligents, precisos i ecològics. Cal destacar les tres tendències clau següents:

1. Sistema intel·ligent de control de temperatura

Utilitzant la tecnologia de la Internet de les Coses (IoT), diversos conjunts de termoparells d'alta precisió i sensors de temperatura infrarojos es col·loquen dins del forn de reveniment per recopilar dades de temperatura en temps real. Mitjançant algoritmes d'IA, la potència de calefacció s'ajusta automàticament per aconseguir una precisió de control de temperatura de ±2 °C. A més, el sistema registra la corba de reveniment per a cada lot de peces, creant un registre de qualitat rastrejable.

2. Simulació de processos digitals

Mitjançant programari d'anàlisi d'elements finits (com ara ANSYS), es simulen els camps de temperatura i tensió de la peça durant el reveniment per predir possibles deformacions i rendiments desiguals, optimitzant així els paràmetres del procés. Per exemple, la simulació pot determinar el temps de reveniment òptim per a un model de corró específic, augmentant l'eficiència en un 30% en comparació amb els mètodes tradicionals d'assaig i error.
3. Processos verds i d'estalvi d'energia

El desenvolupament de tecnologia de reveniment a baixa temperatura i curt termini redueix la temperatura de reveniment i el consum d'energia mitjançant l'addició d'un catalitzador. La implementació d'un sistema de recuperació de calor residual per reciclar la calor dels gasos de combustió d'alta temperatura que s'emeten del forn de reveniment per preescalfar peces de treball, aconseguint un estalvi energètic de més del 20%. A més, la promoció de l'ús de recobriments antioxidants solubles en aigua com a alternativa als recobriments tradicionals a base d'oli redueix les emissions de COV.