Rullketi karastamisprotsess

Rullkett on ülekandeosa, mida kasutatakse laialdaselt tööstuslikus tootmises. Selle jõudlus sõltub suuresti tootmisprotsessist ja karastamisprotsess on rullketi jõudluse parandamise võti.

Rullketi karastamisprotsess: jõudluse parandamise võti
Rullketid täidavad olulist ülekandeülesannet erinevates mehaanilistes seadmetes. Nende töökeskkond on sageli keeruline ja muutlik, seistes silmitsi selliste väljakutsetega nagu suur koormus, kulumine ja väsimus. Selleks, et rullketid suudaksid nende karmide tingimustega paremini kohaneda ja oma kasutusiga pikendada, on karastamisprotsess muutunud rullkettide tootmisprotsessi lahutamatuks osaks.

Karburiseerimisprotsessi põhiprintsiibid
Karbureerimine on kuumtöötlusprotsess, mida kasutatakse peamiselt terase pinna kõvaduse, kulumiskindluse ja väsimuskindluse parandamiseks, säilitades samal ajal südamiku hea sitkuse ja plastilisuse. Täpsemalt asetatakse rullkett süsinikurikasse keskkonda ja süsinikuaatomid imbuvad kõrgel temperatuuril rullketi pinda, moodustades kõrge süsinikusisaldusega karastatud kihi. Temperatuuri langedes muutub see kõrge süsinikusisaldusega austeniidi kiht äärmiselt kõvaks martensiidiks, saavutades seeläbi rullketi pinna kõvenemise.

Levinud rullkettide karastamise protsessi meetodid
Gaasiga karastamine: see on üks enimkasutatavaid karastamismeetodeid. Rullkett asetatakse suletud karastamisahju ja sisestatakse karastamisaine, mis koosneb peamiselt süsivesinikgaasidest, nagu metaan ja etaan. Kõrgel temperatuuril lagunevad need gaasid aktiivsete süsiniku aatomite moodustamiseks, saavutades seeläbi karastamise. Gaasiga karastamise eelised on lihtne käsitsemine, kiire kuumutuskiirus, lühike tootmistsükkel ja võime täpselt reguleerida karastatud kihi sügavust ja kontsentratsiooni, kontrollides selliseid parameetreid nagu gaasi koostis ja voolukiirus. Karastamise kvaliteet on stabiilne, seda on lihtne saavutada nii mehhaniseeritud kui ka automatiseeritud töö korral, mis parandab oluliselt töötingimusi.
Vedel karbureerimine: Vedel karbureerimine seisneb rullketi kastmises vedelasse karbureerimiskeskkonda. Tavaliselt kasutatavate keskkondade hulka kuuluvad ränikarbiid, "603" karbureerimisaine jne. Sobival temperatuuril lahustuvad süsinikuaatomid vedelast keskkonnast ja tungivad rullketi pinda. Vedelkarbureerimise eeliseks on see, et tootmistsükkel on suhteliselt lühike ja karastamist saab teostada otse pärast karbureerimist, ilma et peaks muretsema oksüdeerumise ja dekarbureerimise pärast. Temperatuuri ja aega on lihtne kontrollida, kuumutamine on ühtlane ja tooriku deformatsiooni saab tõhusalt vähendada. Seadmed on ka suhteliselt lihtsad. Töötingimused on aga suhteliselt halvad ja sobivad tavaliselt üksiktootmiseks või väikeste partiide tootmiseks.
Tahke karastamine: see on traditsioonilisem karastamismeetod. Rullkett asetatakse koos tahke karastamisainega suletud karastamiskasti ja seejärel asetatakse karastamiskast kuumutusahju, kuumutatakse karastamistemperatuurini ja hoitakse teatud aja jooksul soojas, nii et aktiivsed süsiniku aatomid tungivad rullketi pinda. Tahke karastamisaine koosneb tavaliselt söest ja mõnest promootorist. Selle meetodi eelised on lihtne käsitsemine, madalad tehnilised nõuded, spetsiaalse varustuse puudumine, lai valik karastamisainete allikaid ja isevalmistamise võimalus ning lai kasutusala. Kuid ka puudused on ilmsed. Karastamiskvaliteeti on raske täpselt kontrollida, töötingimused on halvad, tugevus on kõrge, tootmistsükkel on pikk, kulud on kõrged ja karastamisprotsessi ajal on terade kasvu kalduvus tõsine. Mõnede oluliste toorikute puhul otsest karastamist tavaliselt ei kasutata.

Rullketi karastamise protsessi põhielemendid
Karburiseerimistemperatuur ja -aeg: Karburiseerimistemperatuur on üldiselt vahemikus 900 ℃ kuni 950 ℃. Kõrgemad temperatuurid võivad kiirendada süsinikuaatomite difusioonikiirust ja lühendada karburiseerimisaega, kuid samal ajal võivad need põhjustada ka terade kasvu ja mõjutada rullketi jõudlust. Karburiseerimisaeg määratakse vastavalt vajalikule karburiseerimiskihi sügavusele, tavaliselt mõnest tunnist kümnete tundideni. Näiteks mõnede rullketi puhul, mis vajavad madalamat karburiseerimiskihti, võib see võtta vaid paar tundi, samas kui rullketi puhul, mis vajavad sügavamat karburiseerimiskihti, võib see võtta kümneid tunde karburiseerimisaega. Tegelikus tootmises on vaja optimaalsed karburiseerimistemperatuuri ja -aja parameetrid kindlaks määrata katsete ja kogemuste abil, mis põhinevad sellistel teguritel nagu rullketi konkreetne materjal, suurus ja jõudlusnõuded.
Süsiniku potentsiaali kontroll: Süsiniku potentsiaal viitab karastusaine võimele viia tooriku pinnale süsiniku aatomeid. Süsiniku potentsiaali täpne kontroll on ideaalse karastuskihi saamise võti. Liiga kõrge süsiniku potentsiaal põhjustab rullketi pinnale võrgustikukarbiidide ilmumist, mis vähendab selle väsimustugevust; liiga madal süsiniku potentsiaal põhjustab karastuskihi ebapiisava sügavuse, mis ei vasta jõudlusnõuetele. Tavaliselt kasutatakse ahju atmosfääri reaalajas jälgimiseks selliseid instrumente nagu hapnikuandurid ja infrapunagaasi analüsaatorid ning süsiniku potentsiaali reguleeritakse ajas vastavalt seiretulemustele, et tagada süsiniku potentsiaali gradiendi alati ideaalses vahemikus, et saada ühtlane ja kvaliteetne karastuskiht. Lisaks saab täiustatud arvutisimulatsioonitehnoloogia abil luua süsiniku potentsiaali difusioonimudeli, mis simuleerib süsiniku potentsiaali gradiendi muutust ja karastuskihi arengut erinevate protsessiparameetrite korral, ennustab karastusefekti ette, annab teadusliku aluse protsessi optimeerimiseks ning parandab veelgi karastusprotsessi täpsust ja stabiilsust.
Jahutamine ja karastamine: Pärast karastamist tuleb rullkett tavaliselt kiiresti jahutada ja karastada, et moodustada martensiitne struktuur ja parandada pinna kõvadust. Levinud karastuskeskkondade hulka kuuluvad õli, vesi, polümeeri karastusvedelik jne. Erinevatel karastuskeskkondadel on erinev jahutuskiirus ja omadused ning need tuleks mõistlikult valida vastavalt rullketi materjalile ja jõudlusnõuetele. Näiteks mõnede väikeste rullkettide puhul võib kasutada õli karastamist; suurte rullkettide või suurema kõvadusnõuetega rullkettide puhul võib kasutada vee karastamist või polümeeri karastusvedeliku karastamist. Pärast karastamist tuleb rullketti ka karastada, et kõrvaldada karastamisprotsessi käigus tekkiv sisemine pinge ja parandada selle sitkust. Karastamistemperatuur on tavaliselt vahemikus 150 ℃ kuni 200 ℃ ja karastamisaeg määratakse vastavalt sellistele teguritele nagu rullketi suurus ja karastustemperatuur, tavaliselt umbes 1 kuni 2 tundi.

Rullketi materjali valik ja karastamisprotsessi kohandamine
Rullketi materjal on tavaliselt madala süsinikusisaldusega teras või madala süsinikusisaldusega legeerteras, näiteks 20-tolline teras, 20CrMnTi jne. Neil materjalidel on hea plastilisus ja sitkus ning nad võivad karastamise ajal moodustada kvaliteetse karastatud kihi. Näiteks 20CrMnTi sisaldab selliseid elemente nagu kroom, mangaan ja titaan. Need legeerelemendid võivad mitte ainult parandada terase tugevust ja sitkust, vaid mõjutada ka selle kõvenemisefekti karastamise ajal. Enne karastamist tuleb rullketti korralikult eeltöödelda, näiteks peitsimise või liivapritsiga puhastamise teel, et eemaldada pinnaoksiidid ja mustus, et tagada karastamisprotsessi sujuv kulg.

Karburiseerimisprotsess parandab rullketi jõudlust
Kõvadus ja kulumiskindlus: Pärast karastamist saab rullketi pinna kõvadust oluliselt parandada, tavaliselt kuni HRC58–64-ni. See võimaldab tal tõhusalt vastu pidada hammaste pinna kulumisele, liimimisele ja auklikkusele rasketes töötingimustes, nagu suur kiirus, suur koormus ja sagedane käivitamine, ning pikendada oluliselt selle kasutusiga. Näiteks on mõnedes suurtes kaevandusmasinates kasutatavate rullkettide kulumiskindlus pärast karastamist oluliselt paranenud ja nad suudavad materjale pikka aega stabiilselt transportida, vähendades keti kulumisest tingitud seadmete seiskamiste ja remonditööde arvu.
Väsimusvastane jõudlus: Karbureeritud kihi tekitatud jääkpinge ja pinnakihi rafineeritud struktuur aitavad parandada rullketi väsimusvastast jõudlust. Tsükliliste koormuste mõjul talub rullkett suuremat pingeamplituudi ega ole altid väsimuspragudele, suurendades seeläbi selle töökindlust pikaajalisel töötamisel. See on eriti oluline mõnede pidevalt töötavate seadmete puhul, näiteks automootori hammaskett, mis tagab seadme ohutu ja stabiilse töö ning vähendab rikkeohtu.
Põhjalikud mehaanilised omadused: Karburiseerimisprotsess mitte ainult ei paranda rullketi pinna jõudlust, vaid säilitab ka südamiku hea vastupidavuse. Sel viisil suudab rullkett löögikoormuse korral energiat paremini neelata ja hajutada ning vältida lokaalse pingekontsentratsiooni tõttu tekkivaid rikkeprobleeme, näiteks purunemist. Rullkett suudab näidata häid põhjalikke mehaanilisi omadusi erinevates keerulistes töökeskkondades ja rahuldada erinevate mehaaniliste seadmete ülekandevajadusi.

Karburiseeritud rullkettide kvaliteedikontroll ja -kontroll
Karbureeritud kihi sügavuse kontroll: Karbureeritud kihi sügavuse mõõtmiseks kasutatakse tavaliselt metallograafilist analüüsi. Pärast rullketi proovi lõikamist, poleerimist ja korrodeerimist vaadeldakse karastatud kihi struktuuri metallograafilise mikroskoobi all ja mõõdetakse selle sügavust. See indikaator peegeldab otseselt seda, kas karastamisefekt vastab projekteerimisnõuetele, mis on rullketi toimivuse tagamiseks ülioluline. Näiteks mõnede raskeveokite ülekandeks kasutatavate rullkettide puhul võib karastatud kihi sügavus olla umbes 0,8–1,2 mm, et see vastaks kulumiskindluse ja väsimuskindluse nõuetele suure koormuse korral.
Kõvaduskatse: Rullketi pinna ja südamiku kõvaduse mõõtmiseks kasutage kõvadusmõõturit. Pinna kõvadus peaks vastama kindlaksmääratud standardvahemikule ja südamiku kõvadus peaks samuti olema sobivas vahemikus, et tagada rullketi hea terviklik jõudlus. Kõvaduskatseid tehakse tavaliselt teatud proovivõtu sagedusega ja iga toodetud rullketi partii kohta võetakse proove, et tagada toote kvaliteedi stabiilsus.
Metallograafilise struktuuri kontroll: Lisaks karastatud kihi sügavuse tuvastamisele tuleks kontrollida ka karastatud kihi metallograafilist struktuuri, sealhulgas karbiidide morfoloogiat, jaotust ja terasuurust. Hea metallograafiline struktuur tagab rullketi toimivuse kasutamise ajal. Näiteks aitavad peened ja ühtlaselt jaotunud karbiidid parandada rullketi kulumiskindlust ja väsimuskindlust, samas kui liigne terasuurus võib vähendada selle sitkust. Metallograafilise struktuuri kontrolli abil saab õigeaegselt avastada karastamisprotsessi probleeme ja võtta vastavaid meetmeid nende kohandamiseks ja parandamiseks toote kvaliteedi parandamiseks.

Kokkuvõte
Rullkettide karastamisprotsess on keeruline ja kriitiline tehnoloogia, millel on oluline roll rullkettide jõudluse parandamisel. Alates protsessimeetodite valikust kuni põhielementide juhtimise, materjalide kohandamise ja kvaliteedikontrollini tuleb kõiki lülisid rangelt kontrollida, et tagada rullkettide vastavus kasutusnõuetele erinevates töötingimustes. Teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga uuendatakse ja täiustub pidevalt ka karastamisprotsess. Näiteks täiustatud arvutisimulatsiooni ja reaalajas veebipõhise jälgimistehnoloogia kasutamine aitab veelgi optimeerida karastamisprotsessi parameetreid, parandada rullkettide jõudlust ja kvaliteeti ning pakkuda tööstuslikuks tootmiseks usaldusväärsemaid ja tõhusamaid ülekandelahendusi.