Tikslūs voleliai: įprasti kėlimo grandinių terminio apdorojimo metodai
Kėlimo mašinų pramonėje grandinės patikimumas yra tiesiogiai susijęs su personalo sauga ir veiklos efektyvumu, o terminio apdorojimo procesai yra labai svarbūs nustatant pagrindines kėlimo grandinių eksploatacines savybes, įskaitant stiprumą, tvirtumą ir atsparumą dilimui. Kaip grandinės „skeletas“,tikslūs volai, kartu su tokiais komponentais kaip grandinės plokštės ir kaiščiai, reikalingas tinkamas terminis apdorojimas, kad būtų išlaikytas stabilus veikimas sudėtingomis sąlygomis, tokiomis kaip sunkus kėlimas ir dažnas naudojimas. Šiame straipsnyje bus pateikta išsami dažniausiai naudojamų kėlimo grandinių terminio apdorojimo metodų analizė, nagrinėjami jų proceso principai, našumo pranašumai ir taikomi scenarijai, pateikiant pramonės specialistams nuorodas, kaip pasirinkti ir taikyti.
1. Terminis apdorojimas: kėlimo grandinės veikimo „formatorius“
Kėlimo grandinės dažnai gaminamos iš aukštos kokybės legiruotų konstrukcinių plienų (pvz., 20Mn2, 23MnNiMoCr54 ir kt.), o terminis apdorojimas yra labai svarbus norint optimizuoti šių žaliavų mechanines savybes. Neapdoroti grandinės komponentai pasižymi mažu kietumu ir prastu atsparumu dilimui, be to, veikiami įtempio, yra linkę į plastinę deformaciją ar lūžius. Moksliškai sukurtas terminis apdorojimas, kontroliuojant kaitinimo, laikymo ir aušinimo procesus, pakeičia medžiagos vidinę mikrostruktūrą, pasiekdamas „stiprumo ir tvirtumo pusiausvyrą“ – didelį stiprumą, kad atlaikytų tempimo ir smūgio įtempius, tačiau pakankamą tvirtumą, kad būtų išvengta trapių lūžių, kartu pagerinant paviršiaus atsparumą dilimui ir korozijai.
Tiksliems voleliams terminis apdorojimas reikalauja dar didesnio tikslumo: kaip pagrindiniai grandinės ir žvaigrračio sujungimo komponentai, voleliai turi užtikrinti tikslų paviršiaus kietumo ir šerdies tvirtumo atitikimą. Priešingu atveju gali atsirasti priešlaikinis susidėvėjimas ir įtrūkimai, kurie pakenkia visos grandinės perdavimo stabilumui. Todėl tinkamo terminio apdorojimo proceso pasirinkimas yra būtina sąlyga siekiant užtikrinti saugų kėlimo grandinių atsparumą apkrovai ir ilgalaikį tarnavimą.
II. Penkių įprastų kėlimo grandinių terminio apdorojimo metodų analizė
(I) Bendras grūdinimas + aukštas atleidimas (grūdinimas ir atleidimas): „auksinis standartas“ pagrindiniam našumui
Proceso principas: Grandinės komponentai (jungčių plokštės, kaiščiai, ritinėliai ir kt.) kaitinami iki aukštesnės nei Ac3 (hipoeutektoidinis plienas) arba Ac1 (hipereutektoidinis plienas) temperatūros. Palaikius temperatūrą tam tikrą laiką, kad medžiaga visiškai austenituotųsi, grandinė greitai atleidžiama aušinimo terpėje, pvz., vandenyje arba aliejuje, kad būtų gauta didelio kietumo, bet trapi martensito struktūra. Tada grandinė vėl kaitinama iki 500–650 °C, kad būtų atleidžiama aukštoje temperatūroje, kurios metu martensitas suskaidomas į vienodą sorbito struktūrą, galiausiai pasiekiant „didelio stiprumo ir didelio tvirtumo“ pusiausvyrą.
Eksploataciniai privalumai: Po grūdinimo ir atleidimo grandinės komponentai pasižymi puikiomis bendromis mechaninėmis savybėmis, kurių tempiamasis stipris yra 800–1200 MPa, o takumo stipris ir pailgėjimas – subalansuotas, todėl gali atlaikyti kėlimo operacijų metu susidarančias dinamines ir smūgines apkrovas. Be to, vienoda sorbito struktūra užtikrina puikų komponentų apdorojimo našumą, palengvindama vėlesnį tikslų formavimą (pvz., valcavimą valcavimo būdu).
Pritaikymas: plačiai naudojamas vidutinio ir didelio stiprumo kėlimo grandinių (pvz., 80 ir 100 klasės grandinių) bendram našumui optimizuoti, ypač pagrindiniams apkrovą laikantiems komponentams, tokiems kaip grandinės plokštės ir kaiščiai. Tai pats svarbiausias ir svarbiausias kėlimo grandinių terminio apdorojimo procesas. (II) Anglinimas ir grūdinimas + žemas atleidimas: „sustiprintas skydas“ paviršiaus atsparumui dilimui.
Proceso principas: Grandinės komponentai (daugiausia dėmesio skiriant sujungimo ir trinties komponentams, tokiems kaip ritinėliai ir kaiščiai) dedami į įanglinimo terpę (pvz., gamtines dujas arba žibalo krekingo dujas) ir kelias valandas laikomi 900–950 °C temperatūroje, kad anglies atomai galėtų prasiskverbti į komponento paviršių (įanglinto sluoksnio gylis paprastai yra 0,8–2,0 mm). Po to atliekamas grūdinimas (dažniausiai naudojant aliejų kaip aušinimo terpę), kurio metu paviršiuje suformuojama didelio kietumo martensito struktūra, o šerdyje išlaikoma gana tvirta perlito arba sorbito struktūra. Galiausiai, žemos temperatūros atleidimas 150–200 °C temperatūroje pašalina grūdinimo įtempius ir stabilizuoja paviršiaus kietumą. Eksploataciniai privalumai: Po įanglinimo ir grūdinimo komponentai pasižymi gradientinėmis eksploatacinėmis savybėmis „kietas išorėje, tvirtas viduje“ – paviršiaus kietumas gali siekti HRC58–62, o tai žymiai pagerina atsparumą dilimui ir strigimui, veiksmingai kovoja su trintimi ir dilimu žvaigždutės sujungimo metu. Šerdies kietumas išlieka HRC30–45, todėl komponentas nesulūžta veikiant smūginėms apkrovoms.
Pritaikymas: Didelio nusidėvėjimo tikslieji ritinėliai ir kaiščiai kėlimo grandinėse, ypač tose, kurios dažnai paleidžiamos ir stabdomos bei susiduria su didelėmis apkrovomis (pvz., uostų kranų ir kasyklų keltuvų grandinės). Pavyzdžiui, 120 markės didelio stiprumo kėlimo grandinių ritinėliai dažniausiai įanglinami ir grūdinami, todėl jų tarnavimo laikas pailgėja daugiau nei 30 %, palyginti su įprastu terminiu apdorojimu. (III) Indukcinis grūdinimas + žemas atleidimas: efektyvus ir tikslus „vietinis stiprinimas“.
Proceso principas: Naudojant aukšto arba vidutinio dažnio indukcinės ritės generuojamą kintamąjį magnetinį lauką, tam tikros grandinės komponentų sritys (pvz., išorinis ritinėlių skersmuo ir kaiščių paviršiai) yra lokaliai kaitinamos. Kaitinimas yra greitas (paprastai nuo kelių sekundžių iki dešimčių sekundžių), todėl tik paviršius greitai pasiekia austenitizacijos temperatūrą, o šerdies temperatūra išlieka beveik nepakitusi. Tada įpurškiamas aušinimo vanduo, kad būtų galima greitai užgrūdinti, o po to atliekamas žemos temperatūros atleidimas. Šis procesas leidžia tiksliai kontroliuoti kaitinamą plotą ir sukietėjusio sluoksnio storį (paprastai 0,3–1,5 mm).
Našumo pranašumai: ① Didelis efektyvumas ir energijos taupymas: lokalizuotas kaitinimas leidžia išvengti bendro kaitinimo energijos švaistymo, todėl gamybos efektyvumas padidėja daugiau nei 50 %, palyginti su bendru grūdinimu. ② Maža deformacija: trumpas kaitinimo laikas sumažina komponentų terminę deformaciją, todėl nereikia daug vėlesnio tiesinimo, todėl jis ypač tinka tiksliųjų volelių matmenų valdymui. ③ Valdomas našumas: reguliuojant indukcijos dažnį ir kaitinimo laiką, galima lanksčiai reguliuoti sukietėjusio sluoksnio gylį ir kietumo pasiskirstymą.
Pritaikymas: Tinka masinės gamybos tiksliųjų volelių, trumpų kaiščių ir kitų komponentų, ypač kėlimo grandinėms, kurioms reikalingas didelis matmenų tikslumas (pvz., tikslios transmisijos kėlimo grandinės), vietiniam sutvirtinimui. Indukcinis grūdinimas taip pat gali būti naudojamas grandinių remontui ir atnaujinimui, susidėvėjusių paviršių sutvirtinimui.
(IV) Austemperavimas: „Apsauga nuo smūgių“, teikiant pirmenybę tvirtumui
Proceso principas: Įkaitinus grandinės komponentą iki austenitizacijos temperatūros, jis greitai panardinamas į druskos arba šarmo vonią, šiek tiek aukštesnę už Ms tašką (martensitinės transformacijos pradžios temperatūra). Vonia laikoma tam tikrą laiką, kad austenitas virstų bainitu, po to aušinamas oru. Bainitas, tarpinė struktūra tarp martensito ir perlito, pasižymi dideliu stiprumu ir puikiu tvirtumu.
Našumo pranašumai: Austemperuoti komponentai pasižymi žymiai didesniu tvirtumu nei įprastiniai grūdinti ir atleisti komponentai, pasiekdami 60–100 J smūgio sugerties energiją, kuri leidžia atlaikyti dideles smūgines apkrovas be lūžių. Be to, kietumas gali siekti 40–50 HRC, todėl atitinka vidutinio ir sunkaus kėlimo stiprumo reikalavimus, tuo pačiu sumažinant grūdinimo metu atsirandančią deformaciją ir vidinius įtempius. Taikymo sritys: Daugiausia naudojami kėlimo grandinių komponentams, veikiamiems didelių smūginių apkrovų, pavyzdžiui, tiems, kurie dažnai naudojami netaisyklingos formos objektams kelti kasybos ir statybos pramonėje, arba kėlimo grandinėms, naudojamoms žemos temperatūros aplinkoje (pvz., šaldymo sandėliuose ir poliarinėse operacijose). Bainitas pasižymi daug didesniu tvirtumu ir stabilumu nei martensitas žemoje temperatūroje, todėl sumažėja trapių lūžių žemoje temperatūroje rizika.
(V) Nitridavimas: „ilgaamžė danga“, atspari korozijai ir dilimui
Proceso principas: Grandinės komponentai 10–50 valandų dedami į azoto turinčią terpę, pvz., amoniaką, 500–580 °C temperatūroje. Tai leidžia azoto atomams prasiskverbti į komponento paviršių ir suformuoti nitrido sluoksnį (daugiausia sudarytą iš Fe₄N ir Fe₂N). Azotinimas nereikalauja vėlesnio grūdinimo ir yra „žemos temperatūros cheminis terminis apdorojimas“, turintis minimalų poveikį bendroms komponento eksploatacinėms savybėms. Eksploatacinių savybių pranašumai: ① Didelis paviršiaus kietumas (HV800–1200) užtikrina geresnį atsparumą dilimui, palyginti su įanglintu ir grūdintu plienu, tuo pačiu metu pasižymėdamas mažu trinties koeficientu, sumažindamas energijos nuostolius sujungimo metu. ② Tankus nitriduotas sluoksnis pasižymi puikiu atsparumu korozijai, sumažindamas rūdžių riziką drėgnoje ir dulkėtoje aplinkoje. ③ Žema apdorojimo temperatūra sumažina komponento deformaciją, todėl jis tinka iš anksto suformuotiems tiksliems voleliams arba surinktoms mažoms grandinėms.
Pritaikymas: Tinka kėlimo grandinėms, kurioms reikalingas atsparumas dilimui ir korozijai, pavyzdžiui, maisto perdirbimo pramonėje (švari aplinka) ir jūrų inžinerijoje (didelis druskos kiekis aplinkoje), arba mažai kėlimo įrangai, kuriai reikalingos „nereikalaujančios priežiūros“ grandinės.
III. Terminio apdorojimo proceso parinkimas: svarbiausia yra suderinti darbo sąlygas
Renkantis kėlimo grandinės terminio apdorojimo metodą, atsižvelkite į tris pagrindinius veiksnius: apkrovos koeficientą, darbo aplinką ir komponento funkciją. Venkite aklai siekti didelio stiprumo ar pernelyg didelio sąnaudų taupymo:
Pasirinkite pagal apkrovos rodiklį: Lengvos apkrovos grandinės (≤ 50 klasės) gali būti visiškai grūdinamos ir atleistos. Vidutinės ir didelės apkrovos grandinėms (80–100) reikalingas kombinuotas įanglinimo ir atleidimo procesas, siekiant sustiprinti pažeidžiamas dalis. Didelės apkrovos grandinėms (virš 120 klasės) reikalingas kombinuotas grūdinimo ir atleidimo procesas arba indukcinis kietinimas, siekiant užtikrinti tikslumą.
Pasirinkite pagal veikimo aplinką: azotinimas yra tinkamesnis drėgnoje ir korozinėje aplinkoje; austerpinimas – tais atvejais, kai patiriamos didelės smūginės apkrovos. Dažno sujungimo atveju pirmenybė teikiama volelių įanglėjimui arba indukciniam grūdinimui. Pasirinkite komponentus pagal jų funkciją: grandininės plokštės ir kaiščiai teikia pirmenybę stiprumui ir tvirtumui, o pirmenybė teikiama grūdinimui ir atleidimui. Voleliai teikia pirmenybę atsparumui dilimui ir tvirtumui, o pirmenybė teikiama įanglėjimui arba indukciniam grūdinimui. Pagalbiniai komponentai, tokie kaip įvorės, gali naudoti nebrangų, integruotą grūdinimą ir atleidimą.
IV. Išvada: terminis apdorojimas yra „nematoma gynybos linija“ grandinės saugumui užtikrinti
Kėlimo grandinių terminio apdorojimo procesas nėra vienas metodas; tai sisteminis požiūris, apimantis medžiagų savybes, komponentų funkcijas ir eksploatavimo reikalavimus. Nuo tiksliųjų volelių įanglinimo ir grūdinimo iki grandinės plokščių grūdinimo ir atleidimo – tikslumo kontrolė kiekviename procese tiesiogiai lemia grandinės saugumą kėlimo operacijų metu. Ateityje, plačiai diegiant išmaniąją terminio apdorojimo įrangą (pvz., visiškai automatizuotas įanglinimo linijas ir internetines kietumo bandymo sistemas), kėlimo grandinių našumas ir stabilumas bus dar labiau pagerinti, užtikrinant patikimesnę specialios įrangos saugaus veikimo garantiją.
Įrašo laikas: 2025 m. rugpjūčio 1 d.