מבוא לתהליכי טיפול בחום נפוצים עבור שרשראות גלילים

מבוא לתהליכי טיפול בחום נפוצים עבור שרשראות גלילים
בתהליך הייצור של שרשראות גלילים, תהליך טיפול בחום הוא חוליה מרכזית לשיפור ביצועיהן. באמצעות טיפול בחום, ניתן לשפר משמעותית את החוזק, הקשיות, עמידות הבלאי והקשיחות של שרשראות גלילים, ובכך להאריך את חיי השירות שלהן ולעמוד בדרישות השימוש בתנאי עבודה מורכבים שונים. להלן מבוא מפורט למספר תהליכי טיפול בחום נפוצים עבור שרשראות גלילים:

א. תהליך הרפיה וההתכה
(א) מרווה
קירור הוא תהליך של חימום שרשרת הגלילים לטמפרטורה מסוימת (בדרך כלל מעל Ac3 או Ac1), שמירה על חום שלה למשך פרק זמן מסוים, ולאחר מכן קירור מהיר שלה. מטרתו היא לגרום לשרשרת הגלילים לקבל מבנה מרטנזיטי בעל קשיות גבוהה וחוזק גבוה. חומרי קירור נפוצים כוללים מים, שמן ומי מלח. למים יש מהירות קירור מהירה והם מתאימים לשרשראות גלילים בעלות צורות פשוטות וגדלים קטנים; לשמן יש מהירות קירור איטית יחסית והוא מתאים לשרשראות גלילים בעלות צורות מורכבות וגדלים גדולים.
(II) הרפיה
הרפיה היא תהליך של חימום מחדש של שרשרת גלילים מרותכת לטמפרטורה מסוימת (בדרך כלל מתחת ל-Ac1), שמירה על חום שלה ולאחר מכן קירורה. מטרתה היא לבטל את הלחץ הפנימי שנוצר במהלך תהליך הרפיה, להתאים את הקשיות ולשפר את הקשיחות. על פי טמפרטורת ההרפיה, ניתן לחלק אותה לרפיה בטמפרטורה נמוכה (150℃-250℃), הרפיה בטמפרטורה בינונית (350℃-500℃) ורפיה בטמפרטורה גבוהה (500℃-650℃). הרפיה בטמפרטורה נמוכה יכולה להשיג מבנה מרטנזיט מחוסם עם קשיות גבוהה וקשיחות טובה; הרפיה בטמפרטורה בינונית יכולה להשיג מבנה טרוסטיט מחוסם עם חוזק כניעה גבוה ופלסטיות וקשיחות טובות; הרפיה בטמפרטורה גבוהה יכולה להשיג מבנה טרוסטיט מחוסם עם תכונות מכניות מקיפות טובות.

2. תהליך קרבוריזציה
קרבוריזציה היא יצירת שכבת קרבוריזציה גבוהה בפחמן, ובכך משפרת את קשיות פני השטח ואת עמידות הבלאי, בעוד שהליבה שומרת על הקשיחות של פלדה דלת פחמן. תהליכי קרבוריזציה כוללים קרבוריזציה מוצקה, קרבוריזציה בגז וקרבוריזציה נוזלית. ביניהם, קרבוריזציה בגז היא הנפוצה ביותר. על ידי הצבת שרשרת הגלילים באטמוספרת קרבוריזציה, אטומי פחמן חודרים לפני השטח בטמפרטורה ובזמן מסוימים. לאחר הקרבוריזציה, בדרך כלל נדרשים מרווה וריסוס בטמפרטורה נמוכה כדי לשפר עוד יותר את קשיות פני השטח ואת עמידות הבלאי.

3. תהליך ניטרידציה
ניטרידינג הוא תהליך של החדרת אטומי חנקן אל פני השטח של שרשרת הגלילים ליצירת ניטרידים, ובכך משפר את קשיות פני השטח, עמידות בפני שחיקה וחוזק עייפות. תהליך הניטרידינג כולל ניטרידינג בגז, ניטרידינג ביון וניטרידינג נוזלי. ניטרידינג בגז הוא הצבת שרשרת הגלילים באטמוספרה המכילה חנקן, ובטמפרטורה ובזמן מסוימים, מתן אפשרות לאטומי חנקן לחדור אל פני השטח. לאחר ניטרידינג, לשרשרת הגלילים יש קשיות פני שטח גבוהה, עמידות טובה בפני שחיקה ועיוות קטן, המתאים לשרשראות גלילים בעלות צורות מורכבות.

4. תהליך קרבוניטרידינג
קרבוניטרידינג הוא תהליך של החדרת פחמן וחנקן אל פני השטח של שרשרת הגלילים בו זמנית ליצירת קרבוניטרידים, ובכך משפר את קשיות פני השטח, עמידות בפני שחיקה וחוזק עייפות. תהליך הקרבוניטרידינג כולל קרבוניטרידינג בגז וקרבוניטרידינג נוזלי. קרבוניטרידינג בגז הוא הצבת שרשרת הגלילים באטמוספרה המכילה פחמן וחנקן, ובטמפרטורה ובזמן מסוימים, מתן אפשרות לפחמן וחנקן לחדור אל פני השטח בו זמנית. לשרשרת הגלילים לאחר קרבוניטרידינג יש קשיות פני שטח גבוהה, עמידות טובה בפני שחיקה וביצועים טובים נגד נשיכה.

5. תהליך חישול
חישול הוא תהליך שבו שרשרת הגלילים מחוממת לטמפרטורה מסוימת (בדרך כלל 30-50 מעלות צלזיוס מעל Ac3), נשמרת חמה למשך זמן מסוים, מקוררת באיטיות מתחת ל-500 מעלות צלזיוס באמצעות תנור, ולאחר מכן מקוררת באוויר. מטרתו להפחית את הקשיות, לשפר את הפלסטיות והקשיחות, ולהקל על העיבוד וטיפול החום שלאחר מכן. לשרשרת הגלילים לאחר החישול יש מבנה אחיד וקשיחות בינונית, מה שיכול לשפר את ביצועי החיתוך.

6. תהליך נרמול
נרמול הוא תהליך שבו שרשרת הגלילים מחוממת לטמפרטורה מסוימת (בדרך כלל מעל Ac3 או Acm), נשמרת חמה, מוציאה מהתנור ומקוררת באוויר. מטרתו היא לעדן את הגרגירים, להפוך את המבנה לאחיד, לשפר את הקשיות והחוזק ולשפר את ביצועי החיתוך. לשרשרת הגלילים לאחר הנרמול יש מבנה אחיד וקשיחות בינונית, שניתן להשתמש בהם כטיפול חום סופי או כטיפול חום מקדים.

7. תהליך טיפול בהזדקנות
טיפול הזדקנות הוא תהליך שבו שרשרת הגלילים מחוממת לטמפרטורה מסוימת, נשמרת חמה למשך זמן מסוים, ולאחר מכן מקוררת. מטרתו היא להסיר מאמץ שיורי, לייצב את הגודל ולשפר את החוזק והקשיות. טיפול הזדקנות מחולק להזדקנות טבעית ולהזדקנות מלאכותית. הזדקנות טבעית היא הצבת שרשרת הגלילים בטמפרטורת החדר או בתנאים טבעיים למשך זמן רב כדי להסיר בהדרגה את המאמץ השיורי שלה; הזדקנות מלאכותית היא חימום שרשרת הגלילים לטמפרטורה גבוהה יותר וביצוע טיפול הזדקנות בזמן קצר יותר.

8. תהליך כיבוי פני השטח
קירור פני השטח הוא תהליך של חימום פני השטח של שרשרת הגלילים לטמפרטורה מסוימת וקירור מהיר שלהם. מטרתו היא לשפר את קשיות פני השטח ואת עמידות הבלאי, תוך שמירה על קשיחות טובה של הליבה. תהליכי קירור פני השטח כוללים קירור פני השטח בחימום אינדוקציה, קירור פני השטח בחימום להבה, וקירור פני השטח בחימום מגע חשמלי. קירור פני השטח בחימום אינדוקציה משתמש בחום הנוצר על ידי הזרם המושרה כדי לחמם את פני השטח של שרשרת הגלילים, ויש לו יתרונות של מהירות חימום מהירה, איכות קירור טובה ועיוות קטן.

9. תהליך חיזוק פני השטח
תהליך חיזוק פני השטח נועד ליצור שכבת חיזוק בעלת תכונות מיוחדות על פני השטח של שרשרת הגלילים באמצעות שיטות פיזיקליות או כימיות, ובכך לשפר את קשיות פני השטח, עמידות בפני שחיקה וחוזק עייפות. תהליכי חיזוק פני השטח הנפוצים כוללים ירי על פני השטח, חיזוק גלגול, חיזוק חדירת מתכת וכו'. ירי על פני השטח נועד להשתמש בירי על פני השטח של שרשרת הגלילים במהירות גבוהה, כך שנוצר מאמץ דחיסה שיורי על פני השטח, ובכך לשפר את חוזק העייפות; חיזוק גלגול הוא שימוש בכלי גלגול לגלגול פני השטח של שרשרת הגלילים, כך שהפני השטח יוצר עיוות פלסטי, ובכך לשפר את קשיות פני השטח ועמידות בפני שחיקה.

10. תהליך משעמם
קידוח הוא החדרת אטומי בורון אל פני השטח של שרשרת הגלילים ליצירת בורידים, ובכך משפרים את קשיות פני השטח ואת עמידות הבלאי. תהליכי קידוח כוללים קידוח בגז ובידוח נוזלי. קידוח בגז הוא הצבת שרשרת הגלילים באטמוספרה המכילה בורון, ובטמפרטורה ובזמן מסוימים, מתן אפשרות לאטומי בורון לחדור אל פני השטח. לשרשרת הגלילים לאחר הקידוח קשיות פני השטח גבוהה, עמידות טובה בפני שחיקה וביצועים טובים נגד נשיכה.

11. תהליך טיפול בחום מרכך משני מרוכב
טיפול בחום מרווה משני מורכב הוא תהליך טיפול בחום מתקדם, אשר משפר משמעותית את ביצועי שרשראות גלילים באמצעות שני תהליכי מרווה וריפוי. תהליך זה כולל בדרך כלל את השלבים הבאים:
(I) כיבוי ראשון
שרשרת הגלילים מחוממת לטמפרטורה גבוהה יותר (בדרך כלל גבוהה יותר מטמפרטורת הכיבוי הקונבנציונלית) כדי לאוסטניטיזציה מלאה של המבנה הפנימי שלה, ולאחר מכן מקוררת במהירות ליצירת מבנה מרטנזיטי. מטרת שלב זה היא לשפר את קשיות וחוזק שרשרת הגלילים.
(II) הרפיה ראשונה
שרשרת הגלילים מחוממת לאחר החימום הראשון לטמפרטורה בינונית (בדרך כלל בין 300℃-500℃), נשמרת חמה למשך זמן מסוים ולאחר מכן מקוררת. מטרת שלב זה היא לבטל את הלחץ הפנימי שנוצר במהלך תהליך החימום, תוך התאמת הקשיות ושיפור הקשיחות.
(III) כיבוי שני
שרשרת הגלילים, לאחר ההרפיה הראשונה, מחוממת שוב לטמפרטורה גבוהה יותר, אך מעט נמוכה יותר מטמפרטורת הכיבוי הראשונה, ולאחר מכן מקוררת במהירות. מטרת שלב זה היא לעדן עוד יותר את המבנה המרטנזיטי ולשפר את הקשיות ועמידות הבלאי של שרשרת הגלילים.
(IV) הרפיה שנייה
שרשרת הגלילים לאחר החימום השני מחוממת לטמפרטורה נמוכה יותר (בדרך כלל בין 150℃-250℃), נשמרת חמה למשך זמן מסוים ולאחר מכן מקוררת. מטרת שלב זה היא לבטל עוד יותר את הלחץ הפנימי, לייצב את הגודל ולשמור על קשיות ועמידות גבוהות בפני שחיקה.

12. תהליך קרבוריזציה נוזלית
קרבוריזציה נוזלית היא תהליך קרבוריזציה מיוחד המאפשר לאטומי פחמן לחדור לפני השטח על ידי טבילת שרשרת הגלילים במדיום קרבוריזציה נוזלי. לתהליך זה יתרונות של מהירות קרבוריזציה גבוהה, שכבת קרבוריזציה אחידה ובקרה טובה. הוא מתאים לשרשראות גלילים בעלות צורות מורכבות ודרישות דיוק מימדי גבוהות. לאחר קרבוריזציה נוזלית, בדרך כלל נדרשים מרווה וריסוס בטמפרטורה נמוכה כדי לשפר עוד יותר את קשיות פני השטח ואת עמידות הבלאי.

13. תהליך התקשות
הקשחה מתייחסת לשיפור הקשיות ועמידות בפני שחיקה על ידי שיפור המבנה הפנימי של שרשרת הגלילים. השלבים הספציפיים הם כדלקמן:
(א) חימום
שרשרת הגלילים מחוממת לטמפרטורת התקשות כדי להמיס ולפזר יסודות כמו פחמן וחנקן בשרשרת.
(ii) בידוד
לאחר הגעה לטמפרטורת התקשות, יש לשמור על זמן בידוד מסוים כדי שהאלמנטים יתפזרו באופן שווה וייצרו תמיסה מוצקה.
(iii) קירור
קיררו את השרשרת במהירות, התמיסה המוצקה תיצור מבנה גרגירים עדינים, תשפר את הקשיות ועמידות בפני שחיקה.

14. תהליך חדירת מתכת
תהליך חדירת המתכת הוא החדרת אלמנטים מתכתיים אל פני השטח של שרשרת הגלילים ליצירת תרכובות מתכת, ובכך משפר את קשיות פני השטח ואת עמידות הבלאי. תהליכי חדירת מתכת נפוצים כוללים כרומיזציה וחלחול ונדיום. תהליך הכרומיזציה הוא הצבת שרשרת הגלילים באטמוספרה המכילה כרום, ובטמפרטורה ובזמן מסוימים, אטומי כרום חודרים אל פני השטח ליצירת תרכובות כרום, ובכך משפרים את קשיות פני השטח ואת עמידות הבלאי.

15. תהליך האלומיניזציה
תהליך האלומיניזציה הוא החדרת אטומי אלומיניום אל פני השטח של שרשרת הגלילים ליצירת תרכובות אלומיניום, ובכך משפר את עמידות פני השטח בפני חמצון ועמידות בפני קורוזיה. תהליכי האלומיניזציה כוללים אלומיניזציה בגז ואלומיניזציה נוזלית. אלומיניזציה בגז היא הצבת שרשרת הגלילים באטמוספרה המכילה אלומיניום, ובטמפרטורה ובזמן מסוימים, אטומי אלומיניום חודרים אל פני השטח. לפני השטח של שרשרת הגלילים לאחר חדירת אלומיניום יש עמידות טובה בפני חמצון ועמידות טובה בפני קורוזיה, והוא מתאים לשימוש בסביבות טמפרטורה גבוהות וקורוזיביות.

16. תהליך חדירת נחושת
תהליך חדירת הנחושת הוא החדרת אטומי נחושת אל פני השטח של שרשרת הגלילים ליצירת תרכובות נחושת, ובכך משפר את עמידות פני השטח בפני שחיקה ואת הביצועים נגד נשיכה. תהליך חדירת הנחושת כולל חדירת נחושת בגז וחדירת נחושת נוזלית. חדירת נחושת בגז היא הצבת שרשרת הגלילים באטמוספרה המכילה נחושת, ובטמפרטורה ובזמן מסוימים, אטומי נחושת מחלחלים אל פני השטח. לפני השטח של שרשרת הגלילים לאחר חדירת נחושת יש עמידות טובה בפני שחיקה וביצועים נגד נשיכה, והוא מתאים לשימוש בתנאי מהירות גבוהה ועומס כבד.

17. תהליך חדירת טיטניום
תהליך חדירת טיטניום הוא החדרת אטומי טיטניום אל פני השטח של שרשרת הגלילים ליצירת תרכובות טיטניום, ובכך משפר את קשיות פני השטח ואת עמידות הבלאי. תהליך חדירת הטיטניום כולל חדירת טיטניום בגז וחדירת טיטניום נוזלית. חדירת טיטניום בגז היא הצבת שרשרת הגלילים באטמוספרה המכילה טיטניום, ובטמפרטורה ובזמן מסוימים, אטומי טיטניום מחלחלים אל פני השטח. לפני השטח של שרשרת הגלילים לאחר חדירת טיטניום יש קשיות ועמידות בפני שחיקה טובים, ומתאימים לתנאי עבודה עם דרישות קשיות ועמידות גבוהות בפני שחיקה.

18. תהליך קובלטציה
תהליך הקובלטציה הוא החדרת אטומי קובלט אל פני השטח של שרשרת הגלילים ליצירת תרכובות קובלט, ובכך משפר את הקשיות ועמידות הבלאי של פני השטח. תהליך הקובלטציה כולל קובלטציה בגז וקובלטציה נוזלית. קובלטציה בגז היא הצבת שרשרת הגלילים באטמוספרה המכילה קובלט, ובטמפרטורה ובזמן מסוימים, אטומי קובלט מחלחלים אל פני השטח. לפני השטח של שרשרת הגלילים לאחר הקובלטציה יש קשיות ועמידות בפני שחיקה טובים, והוא מתאים לתנאי עבודה עם דרישות קשיות ועמידות גבוהות בפני שחיקה.

19. תהליך זירקוניזציה
תהליך הזירקוניזציה הוא החדרת אטומי זירקוניום אל פני השטח של שרשרת הגלילים ליצירת תרכובות זירקוניום, ובכך משפר את הקשיות ועמידות הבלאי של פני השטח. תהליך הזירקוניזציה כולל זירקוניזציה בגז וזירקוניזציה נוזלית. זירקוניזציה בגז היא הצבת שרשרת הגלילים באטמוספרה המכילה זירקוניום, ובטמפרטורה ובזמן מסוימים, אטומי זירקוניום מחלחלים אל פני השטח. לפני השטח של שרשרת הגלילים לאחר הזירקוניזציה יש קשיות ועמידות בפני שחיקה טובים, והוא מתאים לתנאי עבודה עם דרישות קשיות ועמידות גבוהות בפני שחיקה.

20. תהליך חדירת מוליבדן
תהליך חדירת מוליבדן נועד להחדיר אטומי מוליבדן אל פני השטח של שרשרת הגלילים ליצירת תרכובות מוליבדן, ובכך לשפר את הקשיות ועמידות הבלאי של פני השטח. תהליך חדירת המוליבדן כולל חדירת מוליבדן בגז וחדירת מוליבדן נוזלית. חדירת מוליבדן בגז היא הצבת שרשרת הגלילים באטמוספרה המכילה מוליבדן, ובטמפרטורה ובזמן מסוימים, לאפשר לאטומי המוליבדן לחדור אל פני השטח. לפני השטח של שרשרת הגלילים לאחר חדירת מוליבדן יש קשיות ועמידות טובות בפני שחיקה, ומתאימים לתנאי עבודה הדורשים קשיות גבוהה ועמידות גבוהה בפני שחיקה.