Het temperen van rollenkettingen: een essentieel onderdeel dat de betrouwbaarheid van de transmissie bepaalt.
In de industriële transmissiesector,rollenkettingenRollenkettingen zijn essentiële onderdelen voor het overbrengen van kracht en beweging, en hun prestaties hebben een directe invloed op de operationele efficiëntie en veiligheid van de gehele machine. Van zware aandrijvingen in mijnbouwmachines tot de precieze aandrijving van precisiegereedschappen, van veldwerkzaamheden in landbouwmachines tot krachtoverbrenging in automotoren: rollenkettingen spelen consequent de rol van een "krachtbrug". Bij de productie van rollenkettingen is temperen, een kernstap in het warmtebehandelingsproces, als de cruciale stap die "steen in goud verandert", en bepaalt direct de sterkte, taaiheid, slijtvastheid en levensduur van de ketting.
1. Waarom is temperen een “verplicht vak” bij de productie van rollenkettingen?
Voordat we het temperingsproces bespreken, moeten we eerst duidelijk maken waarom het temperen van rollenkettingen essentieel is. Dit begint met de bewerking van de kerncomponenten van de ketting: rollen, bussen, pinnen en schakelplaten. Na het vormen ondergaan de belangrijkste onderdelen van de rollenketting doorgaans een afschrikproces: het werkstuk wordt verwarmd tot boven de kritische temperatuur (meestal 820-860 °C), gedurende een bepaalde tijd op die temperatuur gehouden en vervolgens snel afgekoeld (bijvoorbeeld in water of olie) om de interne structuur van het metaal om te zetten in martensiet. Hoewel afschrikken de hardheid van het werkstuk aanzienlijk verhoogt (tot HRC 58-62), heeft het ook een cruciaal nadeel: extreem hoge interne spanningen en brosheid, waardoor het gevoelig is voor breuken bij schokken of trillingen. Stel je voor dat je een afgeschrikte rollenketting direct gebruikt voor een aandrijving. Storingen zoals pinbreuk en scheurvorming in de rollen kunnen optreden tijdens de eerste belasting, met rampzalige gevolgen.
Het temperproces pakt het probleem van "hard maar bros" na het afkoelen aan. Het afgeschrikte werkstuk wordt opnieuw verhit tot een temperatuur onder de kritische temperatuur (doorgaans 150-350 °C), gedurende een bepaalde tijd op die temperatuur gehouden en vervolgens langzaam afgekoeld. Dit proces past de interne structuur van het metaal aan om de optimale balans tussen hardheid en taaiheid te bereiken. Voor rollenkettingen speelt temperen een cruciale rol op drie belangrijke gebieden:
Vermindert interne spanning: Vermindert structurele en thermische spanningen die tijdens het afschrikken ontstaan, waardoor vervorming en scheurvorming in het werkstuk als gevolg van spanningsconcentratie tijdens gebruik worden voorkomen;
Optimaliseer de mechanische eigenschappen: pas de verhouding tussen hardheid, sterkte en taaiheid aan op basis van de toepassingsvereisten. Zo vereisen kettingen voor bouwmachines een hogere taaiheid, terwijl precisie-transmissiekettingen een hogere hardheid vereisen.
Stabiliseer de microstructuur en afmetingen: Stabiliseer de interne microstructuur van het metaal om dimensionale vervorming van de ketting te voorkomen die wordt veroorzaakt door veranderingen in de microstructuur tijdens gebruik, wat de transmissienauwkeurigheid zou kunnen beïnvloeden.
II. Kernparameters en controlepunten van het temperingsproces van de rollenketting
De effectiviteit van het temperingsproces hangt af van de nauwkeurige beheersing van drie kernparameters: temperatuur, tijd en afkoelsnelheid. Verschillende parametercombinaties kunnen aanzienlijk verschillende prestatieresultaten opleveren. Het temperingsproces moet worden afgestemd op de verschillende componenten van de rollenketting (rollen, bussen, pinnen en platen) vanwege hun uiteenlopende belastingseigenschappen en prestatie-eisen.
1. Ontlaattemperatuur: De "kernregelaar" voor prestatiecontrole
De ontlaattemperatuur is de meest kritische factor voor de uiteindelijke prestaties van een werkstuk. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de hardheid van het werkstuk af en de taaiheid toe. Afhankelijk van de toepassing van de rollenketting worden ontlaattemperaturen over het algemeen als volgt gecategoriseerd:
Laagtemperatuurontlaten (150-250 °C): Voornamelijk gebruikt voor componenten die een hoge hardheid en slijtvastheid vereisen, zoals rollen en bussen. Laagtemperatuurontlaten behoudt een werkstukhardheid van HRC 55-60 en elimineert tegelijkertijd een deel van de interne spanning, waardoor het geschikt is voor hoogfrequente transmissietoepassingen met lage impact (zoals aandrijvingen van werktuigspindels).
Ontlaten bij middelhoge temperatuur (300-450 °C): Geschikt voor componenten die een hoge sterkte en elasticiteit vereisen, zoals pinnen en kettingplaten. Na het ontlaten bij middelhoge temperatuur daalt de hardheid van het werkstuk tot HRC 35-45, waardoor de vloeigrens en de elasticiteitsgrens aanzienlijk verbeteren en het werkstuk bestand is tegen zware stootbelastingen (bijvoorbeeld in bouwmachines en mijnbouwapparatuur).
Ontlaten bij hoge temperaturen (500-650 °C): Deze methode wordt zelden gebruikt voor de kerncomponenten van rollenkettingen en is alleen van toepassing in specialistische toepassingen voor hulpcomponenten die een hoge taaiheid vereisen. Bij deze temperatuur wordt de hardheid verder verlaagd (HRC 25-35), maar de slagvastheid aanzienlijk verbeterd.
Belangrijke controlepunten: Een uniforme temperatuur in de temperoven is cruciaal, waarbij temperatuurverschillen binnen ±5 °C worden gehouden. Ongelijkmatige temperaturen kunnen leiden tot aanzienlijke prestatieverschillen binnen dezelfde batch werkstukken. Zo kunnen bijvoorbeeld te hoge plaatselijke temperaturen op de rollen "zwakke plekken" creëren, waardoor de slijtvastheid afneemt. Te lage temperaturen kunnen interne spanningen onvolledig elimineren, wat tot scheurvorming kan leiden.
2. Tempertijd: een “voldoende voorwaarde” voor microstructurele transformatie
De ontlaattijd moet zorgen voor voldoende microstructuurverandering in het werkstuk, terwijl overontlaten de prestaties niet mag aantasten. Een te korte tijd voorkomt een volledige ontspanning van de interne spanningen, wat resulteert in een onvolledige microstructuurverandering en onvoldoende taaiheid. Een te lange tijd verhoogt de productiekosten en kan bovendien leiden tot een te sterke afname van de hardheid. De ontlaattijd voor rollenkettingcomponenten wordt over het algemeen bepaald door de dikte van het werkstuk en de ovenbelasting.
Dunwandige onderdelen (zoals kettingplaten, 3-8 mm dik): De tempertijd bedraagt over het algemeen 1-2 uur;
Dikwandige componenten (zoals rollen en pinnen, 10-30 mm diameter): De tempertijd moet worden verlengd tot 2-4 uur;
Bij grotere ovenladingen moet de tempertijd met 10-20% worden verlengd om een gelijkmatige warmteoverdracht naar de kern van het werkstuk te garanderen.
Belangrijke controlepunten: Door een "stapsgewijze temperatuurverhoging" te gebruiken, kan de temperefficiëntie worden geoptimaliseerd. Verhoog eerst de oventemperatuur tot 80% van de gewenste temperatuur, houd deze 30 minuten aan en verhoog de temperatuur vervolgens tot de gewenste temperatuur. Dit voorkomt nieuwe thermische spanningen in het werkstuk als gevolg van snelle temperatuurstijgingen.
3. Koelsnelheid: De "laatste verdedigingslinie" voor stabiele prestaties
De afkoelsnelheid na het temperen heeft een relatief kleine invloed op de prestaties van het werkstuk, maar moet wel goed gecontroleerd worden. Luchtkoeling (natuurlijke koeling) of ovenkoeling (ovenkoeling) wordt doorgaans gebruikt:
Na het temperen bij lage temperatuur wordt doorgaans luchtkoeling toegepast om de temperatuur snel terug te brengen tot kamertemperatuur en langdurige blootstelling aan middelhoge temperaturen te vermijden, aangezien dit tot hardheidsverlies kan leiden.
Als na temperen op middelhoge temperatuur een hogere taaiheid gewenst is, kan afkoeling in een oven worden toegepast. Het langzame afkoelingsproces verfijnt de korrelgrootte verder en verbetert de slagvastheid.
Belangrijke controlepunten: Tijdens het afkoelingsproces is het belangrijk om ongelijkmatig contact tussen het werkstukoppervlak en de lucht te vermijden, aangezien dit kan leiden tot oxidatie of ontkoling. Beschermende gassen zoals stikstof kunnen in de temperoven worden gebracht, of er kunnen anti-oxidatiecoatings op het werkstukoppervlak worden aangebracht om de oppervlaktekwaliteit te waarborgen.
III. Veelvoorkomende problemen en oplossingen bij het temperen van rollenkettingen
Zelfs als de kernparameters bekend zijn, kunnen er in de praktijk nog steeds problemen met de temperkwaliteit optreden als gevolg van factoren zoals apparatuur, bediening of materialen. Hieronder volgen de vier meest voorkomende problemen die zich voordoen tijdens het temperen van rollenkettingen en de bijbehorende oplossingen:
1. Onvoldoende of ongelijkmatige hardheid
Symptomen: De hardheid van het werkstuk is lager dan de ontwerpeis (bijvoorbeeld, de hardheid van de rol bereikt geen HRC 55), of het hardheidsverschil tussen verschillende delen van hetzelfde werkstuk is groter dan HRC 3. Oorzaken:
De temperatuur tijdens het temperen is te hoog of de verblijftijd is te lang;
De temperatuurverdeling in de temperoven is ongelijkmatig;
De afkoelsnelheid van het werkstuk na het afschrikken is onvoldoende, wat resulteert in onvolledige martensietvorming.
Oplossingen:
Kalibreer de thermokoppel van de temperoven, controleer regelmatig de temperatuurverdeling in de oven en vervang verouderde verwarmingsbuizen;
Houd de temperatuur en tijd strikt in de gaten volgens het procesblad en pas gefaseerde holding toe;
Optimaliseer het afschrik- en koelproces om een snelle en gelijkmatige afkoeling van het werkstuk te garanderen.
2. Interne spanningen worden niet geëlimineerd, wat tijdens gebruik tot scheurvorming leidt.
Symptomen: Tijdens de eerste installatie en het gebruik van de ketting kan de pen of de kettingplaat onverwacht breken, met een broze breuk tot gevolg.
Oorzaken:
Als de temperatuur tijdens het temperen te laag is of de verblijftijd te kort, vindt er onvoldoende ontspanning van de interne spanning plaats;
Het werkstuk wordt na het afkoelen niet direct getemperd (gedurende meer dan 24 uur), wat leidt tot interne spanningsopbouw. Oplossing:
Verhoog de tempertemperatuur op passende wijze, afhankelijk van de dikte van het werkstuk (bijvoorbeeld van 300 °C naar 320 °C voor pinnen) en verleng de houdtijd.
Na het afkoelen moet het werkstuk binnen 4 uur getemperd worden om langdurige spanningsopbouw te voorkomen.
Gebruik een "secundair temperingsproces" voor belangrijke onderdelen (na de eerste tempering, afkoelen tot kamertemperatuur en vervolgens opnieuw temperen bij verhoogde temperatuur) om restspanningen verder te elimineren.
3. Oppervlakteoxidatie en ontkoling
Symptomen: Er verschijnt een grijszwarte oxidelaag op het oppervlak van het werkstuk, of een hardheidsmeter geeft aan dat de oppervlaktehardheid lager is dan de kernhardheid (de ontkolingslaag is meer dan 0,1 mm dik).
Oorzaak:
Een te hoog luchtgehalte in de temperoven veroorzaakt een reactie tussen het werkstuk en zuurstof.
Een te lange tempertijd zorgt ervoor dat koolstof diffundeert en van het oppervlak verdwijnt. Oplossing: Gebruik een afgesloten temperoven met een beschermende stikstof- of waterstofatmosfeer om het zuurstofgehalte in de oven onder de 0,5% te houden. Verkort de onnodige tempertijd en optimaliseer de manier waarop de oven wordt gevuld om overvolle werkstukken te voorkomen. Voor werkstukken die licht geoxideerd zijn, dient na het temperen gestraald te worden om de oppervlaktehuid te verwijderen.
4. Dimensionale vervorming
Symptomen: Overmatige ovaliteit van de rollen (meer dan 0,05 mm) of verkeerd uitgelijnde gaten in de kettingplaat.
Oorzaak: Een te snelle verhitting of afkoeling tijdens het temperen veroorzaakt thermische spanning die tot vervorming leidt.
Onjuiste plaatsing van werkstukken tijdens het laden in de oven leidt tot ongelijkmatige spanning.
Oplossing: Gebruik langzame verwarming (50 °C/uur) en langzame afkoeling om thermische spanning te verminderen.
Ontwerp speciale hulpstukken om ervoor te zorgen dat het werkstuk tijdens het temperen vrij blijft en zo compressievervorming te voorkomen.
Voor zeer nauwkeurige onderdelen is het aan te raden na het temperen een richtstap toe te voegen, waarbij gebruik wordt gemaakt van drukrichten of warmtebehandeling om de afmetingen te corrigeren.
IV. Kwaliteitsinspectie en acceptatiecriteria voor het temperingsproces
Om ervoor te zorgen dat de componenten van de rollenketting na het temperen aan de prestatie-eisen voldoen, moet een uitgebreid kwaliteitsinspectiesysteem worden opgezet, waarbij grondige inspecties worden uitgevoerd op vier dimensies: uiterlijk, hardheid, mechanische eigenschappen en microstructuur.
1. Uiterlijke inspectie
Inspectie-inhoud: Oppervlakkige defecten zoals aanslag, scheuren en deuken.
Inspectiemethode: Visuele inspectie of inspectie met een vergrootglas (10x vergroting).
Acceptatiecriteria: Geen zichtbare schilfers, scheuren of bramen op het oppervlak en een uniforme kleur.
2. Hardheidsmeting
Inspectie-inhoud: Oppervlaktehardheid en hardheidsuniformiteit.
Inspectiemethode: Gebruik een Rockwell-hardheidsmeter (HRC) om de oppervlaktehardheid van rollen en pinnen te testen. Van elke batch wordt 5% van de werkstukken willekeurig bemonsterd en worden drie verschillende locaties op elk werkstuk geïnspecteerd.
Acceptatiecriteria:
Rollen en bussen: HRC 55-60, met een hardheidsverschil van ≤ HRC3 binnen dezelfde batch.
Pen- en kettingplaat: HRC 35-45, met een hardheidsverschil van ≤ HRC2 binnen dezelfde batch. 3. Testen van de mechanische eigenschappen
Testinhoud: Treksterkte, slagvastheid;
Testmethode: Standaardproefstukken worden elk kwartaal uit één partij werkstukken vervaardigd voor trekproeven (GB/T 228.1) en slagproeven (GB/T 229);
Acceptatiecriteria:
Treksterkte: Pinnen ≥ 800 MPa, Kettingen ≥ 600 MPa;
Slagvastheid: Pinnen ≥ 30 J/cm², Kettingen ≥ 25 J/cm².
4. Microstructuuronderzoek
Testinhoud: De interne structuur bestaat uit uniform getemperd martensiet en getemperd bainiet;
Testmethode: Dwarsdoorsneden van het werkstuk worden gesneden, gepolijst en geëtst, en vervolgens bekeken met behulp van een metallografische microscoop (400x vergroting);
Acceptatiecriteria: Uniforme structuur zonder netwerkcarbiden of grove korrels, en een ontkoolde laagdikte van ≤ 0,05 mm.
V. Trends in de industrie: De ontwikkelingsrichting van intelligente temperingsprocessen
Met de wijdverspreide toepassing van Industrie 4.0-technologieën ontwikkelen de processen voor het temperen van rollenkettingen zich tot intelligente, nauwkeurige en milieuvriendelijke processen. De volgende drie belangrijke trends zijn het vermelden waard:
1. Intelligent temperatuurregelsysteem
Met behulp van Internet of Things (IoT)-technologie worden meerdere sets zeer nauwkeurige thermokoppels en infraroodtemperatuursensoren in de temperoven geplaatst om realtime temperatuurgegevens te verzamelen. Met behulp van AI-algoritmen wordt het verwarmingsvermogen automatisch aangepast om een temperatuurregeling met een nauwkeurigheid van ±2 °C te bereiken. Bovendien registreert het systeem de tempercurve voor elke batch werkstukken, waardoor een traceerbaar kwaliteitsrecord ontstaat.
2. Digitale proces simulatie
Met behulp van eindige-elementenanalyse-software (zoals ANSYS) worden de temperatuur- en spanningsvelden van het werkstuk tijdens het temperen gesimuleerd om potentiële vervorming en ongelijkmatige prestaties te voorspellen, waardoor procesparameters worden geoptimaliseerd. Zo kan simulatie bijvoorbeeld de optimale tempertijd voor een specifiek rolmodel bepalen, waardoor de efficiëntie met 30% toeneemt ten opzichte van traditionele methoden op basis van vallen en opstaan.
3. Groene en energiebesparende processen
Door de ontwikkeling van een lage-temperatuur, kortdurende temperingstechnologie, die een katalysator toevoegt, worden de temperingstemperatuur en het energieverbruik verlaagd. Een systeem voor warmteterugwinning, waarbij de warmte uit de hete rookgassen van de temperoven wordt hergebruikt voor het voorverwarmen van werkstukken, levert een energiebesparing op van meer dan 20%. Bovendien bevordert het gebruik van wateroplosbare anti-oxidatiecoatings als alternatief voor traditionele coatings op oliebasis de uitstoot van vluchtige organische stoffen (VOC's).
Geplaatst op: 8 september 2025