Rullekjedetemperingsprosess: En kjernekomponent som bestemmer girkassens pålitelighet
I den industrielle transmisjonssektoren,rullekjederer nøkkelkomponenter for overføring av kraft og bevegelse, og ytelsen deres påvirker direkte driftseffektiviteten og sikkerheten til hele maskineriet. Fra kraftig girkasse i gruvemaskiner til presis drift av presisjonsmaskinverktøy, fra feltoperasjoner i landbruksmaskiner til kraftoverføring i bilmotorer, spiller rullekjeder konsekvent rollen som en "kraftbro". I produksjon av rullekjeder er herding, et sentralt trinn i varmebehandlingsprosessen, som det avgjørende trinnet som "forvandler stein til gull", og bestemmer direkte kjedens styrke, seighet, slitestyrke og levetid.
1. Hvorfor er herding et «obligatorisk kurs» i rullekjedeproduksjon?
Før vi diskuterer herdingsprosessen, må vi først avklare: Hvorfor er herding av rullekjeder viktig? Dette begynner med behandlingen av kjedens kjernekomponenter: ruller, foringer, pinner og leddplater. Etter forming gjennomgår viktige rullekjedekomponenter vanligvis en bråkjølingsprosess: arbeidsstykket varmes opp over den kritiske temperaturen (vanligvis 820–860 °C), holdes ved den temperaturen i en periode, og avkjøles deretter raskt (f.eks. i vann eller olje) for å omdanne metallets indre struktur til martensitt. Selv om bråkjøling øker arbeidsstykkets hardhet betydelig (når HRC 58–62), har det også en kritisk ulempe: ekstremt høye indre spenninger og sprøhet, noe som gjør det utsatt for brudd under støt eller vibrasjon. Tenk deg å bruke en bråkjølt rullekjede direkte til overføring. Feil som pinnbrudd og rullesprekker kan oppstå under den første belastningen, med katastrofale konsekvenser.
Anløpsprosessen løser problemet med «hard, men sprø» etter bråkjøling. Det bråkjølte arbeidsstykket varmes opp igjen til en temperatur under den kritiske temperaturen (vanligvis 150–350 °C), holdes ved den temperaturen i en periode og avkjøles deretter sakte. Denne prosessen justerer metallets indre struktur for å oppnå optimal balanse mellom hardhet og seighet. For rullekjeder spiller anløping en nøkkelrolle på tre viktige områder:
Lindre indre spenninger: Frigjør strukturelle og termiske spenninger som genereres under bråkjøling, og forhindrer deformasjon og sprekkdannelser i arbeidsstykket på grunn av spenningskonsentrasjon under bruk;
Optimaliser mekaniske egenskaper: Juster forholdet mellom hardhet, styrke og seighet basert på brukskravene – for eksempel krever kjettinger for anleggsmaskiner høyere seighet, mens presisjonskjeder for transmisjon krever høyere hardhet;
Stabilisering av mikrostruktur og dimensjoner: Stabilisering av metallets indre mikrostruktur for å forhindre dimensjonal deformasjon av kjeden forårsaket av mikrostrukturendringer under bruk, noe som kan påvirke overføringsnøyaktigheten.
II. Kjerneparametre og kontrollpunkter for rullekjedenes tempereringsprosess
Effektiviteten til herdeprosessen avhenger av nøyaktig kontroll av tre kjerneparametere: temperatur, tid og kjølehastighet. Ulike parameterkombinasjoner kan gi betydelig forskjellige ytelsesresultater. Herdeprosessen må skreddersys til de ulike komponentene i rullekjeden (ruller, foringer, pinner og plater) på grunn av deres varierende belastningsegenskaper og ytelseskrav.
1. Tempereringstemperatur: «Kjerneknappen» for ytelseskontroll
Anløpstemperaturen er den viktigste faktoren for å bestemme den endelige ytelsen til et arbeidsstykke. Når temperaturen øker, reduseres arbeidsstykkets hardhet og seigheten øker. Avhengig av rullekjedeapplikasjonen er anløpstemperaturer vanligvis kategorisert som følger:
Lavtemperaturherding (150–250 °C): Brukes primært for komponenter som krever høy hardhet og slitestyrke, som ruller og foringer. Lavtemperaturherding opprettholder en arbeidsstykkehardhet på HRC 55–60 samtidig som den eliminerer noe av den indre spenningen, noe som gjør den egnet for høyfrekvente, lav-påvirknings transmisjonsapplikasjoner (som spindeldrift for maskinverktøy).
Middels temperaturherding (300–450 °C): Egnet for komponenter som krever høy styrke og elastisitet, som for eksempel tapper og kjettingplater. Etter middeltemperaturherding synker arbeidsstykkets hardhet til HRC 35–45, noe som forbedrer flytegrensen og elastisitetsgrensen betydelig, slik at det tåler store støtbelastninger (f.eks. i anleggsmaskiner og gruveutstyr).
Høytemperaturherding (500–650 °C): Brukes sjelden for kjernekomponenter i rullekjeder, og brukes kun i spesialiserte applikasjoner for hjelpekomponenter som krever høy seighet. Ved denne temperaturen reduseres hardheten ytterligere (HRC 25–35), men slagfastheten forbedres betydelig.
Viktige kontrollpunkter: Temperaturjevnhet i herdeovnen er avgjørende, med temperaturforskjeller kontrollert innenfor ±5 °C. Ujevne temperaturer kan føre til betydelige ytelsesvariasjoner innenfor samme parti arbeidsstykker. For eksempel kan for høye lokaliserte temperaturer på valser skape "myke punkter", noe som reduserer slitestyrken. For lave temperaturer kan fullstendig eliminere indre spenninger, noe som fører til sprekker.
2. Anløpningstid: En «tilstrekkelig betingelse» for mikrostrukturell transformasjon
Anløpstiden må sikre tilstrekkelig mikrostrukturell transformasjon i arbeidsstykket, samtidig som ytelsesforringelse forårsaket av overanløping unngås. For kort tid forhindrer fullstendig frigjøring av indre spenninger, noe som resulterer i ufullstendig mikrostrukturell transformasjon og utilstrekkelig seighet. For lang tid øker produksjonskostnadene og kan også føre til en overdreven reduksjon i hardhet. Anløpstiden for rullekjedekomponenter bestemmes vanligvis av arbeidsstykkets tykkelse og ovnsbelastning:
Tynnveggede komponenter (som kjettingplater, 3–8 mm tykke): Herdetiden er vanligvis 1–2 timer;
Tykkveggede komponenter (som ruller og pinner, 10–30 mm diameter): Herdetiden bør forlenges til 2–4 timer;
For større ovnsbelastninger bør anløpstiden økes med 10–20 % for å sikre jevn varmeoverføring til kjernen av arbeidsstykket.
Viktige kontrollpunkter: Bruk av en «trinnvis temperaturrampe»-metode kan optimalisere anløpingseffektiviteten – øk først ovnstemperaturen til 80 % av måltemperaturen, hold den i 30 minutter, og øk den deretter til måltemperaturen for å unngå nye termiske spenninger i arbeidsstykket på grunn av raske temperaturøkninger.
3. Kjølehastighet: Den «siste forsvarslinjen» for stabil ytelse
Avkjølingshastigheten etter anløping har en relativt liten innvirkning på arbeidsstykkets ytelse, men den må fortsatt kontrolleres ordentlig. Luftkjøling (naturlig kjøling) eller ovnskjøling (ovnskjøling) brukes vanligvis:
Etter lavtemperaturherding brukes luftkjøling vanligvis for raskt å redusere temperaturen til romtemperatur og unngå langvarig eksponering for middels temperaturer, noe som kan føre til hardhetstap.
Hvis høyere seighet er nødvendig etter anløping ved middels temperatur, kan ovnskjøling brukes. Den langsomme kjøleprosessen forbedrer kornstørrelsen ytterligere og forbedrer slagfastheten.
Viktige kontrollpunkter: Under kjøleprosessen er det viktig å unngå ujevn kontakt mellom arbeidsstykkets overflate og luft, noe som kan føre til oksidasjon eller avkulling. Beskyttende gasser som nitrogen kan introduseres i herdeovnen, eller antioksidasjonsbelegg kan påføres arbeidsstykkets overflate for å sikre overflatekvaliteten.
III. Vanlige problemer og løsninger med temperering av rullekjeder
Selv om kjerneparametrene er forstått, kan det fortsatt oppstå problemer med anløpingskvaliteten i den faktiske produksjonen på grunn av faktorer som utstyr, drift eller materialer. Følgende er de fire vanligste problemene som oppstår under anløping av rullekjeder og deres tilhørende løsninger:
1. Utilstrekkelig eller ujevn hardhet
Symptomer: Arbeidsstykkets hardhet er lavere enn designkravet (f.eks. når ikke valsehardheten HRC 55), eller hardhetsforskjellen mellom forskjellige deler av samme arbeidsstykke overstiger HRC 3. Årsaker:
Herdetemperaturen er for høy eller holdetiden er for lang;
Temperaturfordelingen i herdeovnen er ujevn;
Arbeidsstykkets kjølehastighet etter bråkjøling er utilstrekkelig, noe som resulterer i ufullstendig martensittdannelse.
Løsninger:
Kalibrer termoelementet i tempereringsovnen, overvåk temperaturfordelingen i ovnen regelmessig og skift ut aldrende varmerør;
Kontroller temperatur og tid strengt i henhold til prosessarket og bruk trinnvis holding;
Optimaliser bråkjølings- og kjøleprosessen for å sikre rask og jevn avkjøling av arbeidsstykket.
2. Intern belastning elimineres ikke, noe som fører til sprekker under bruk
Symptomer: Under første gangs montering og bruk av kjedet kan pinnen eller kjedeplaten ryke uten forvarsel, med sprøtt brudd.
Årsaker:
Anløpstemperaturen er for lav eller holdetiden er for kort, noe som resulterer i utilstrekkelig frigjøring av indre spenninger;
Arbeidsstykket blir ikke herdet raskt etter bråkjøling (i mer enn 24 timer), noe som fører til akkumulering av indre spenninger. Løsning:
Øk anløpstemperaturen på passende måte basert på arbeidsstykkets tykkelse (f.eks. fra 300 °C til 320 °C for pinner) og forleng holdetiden.
Etter bråkjøling må arbeidsstykket herdes innen 4 timer for å unngå langvarig spenningsakkumulering.
Bruk en «sekundær herdingsprosess» for nøkkelkomponenter (etter innledende herding, avkjøl til romtemperatur og herd deretter igjen ved forhøyede temperaturer) for å eliminere restspenninger ytterligere.
3. Overflateoksidasjon og avkarbonisering
Symptomer: Det vises et gråsvart oksidskall på arbeidsstykkets overflate, eller en hardhetsmåler indikerer at overflatehardheten er lavere enn kjernehardheten (avkullingslaget er mer enn 0,1 mm tykt).
Forårsake:
For høyt luftinnhold i herdeovnen forårsaker en reaksjon mellom arbeidsstykket og oksygen.
For lang herdingstid fører til at karbon diffunderer og forsvinner fra overflaten. Løsning: Bruk en forseglet herdeovn med en beskyttende atmosfære av nitrogen eller hydrogen for å kontrollere oksygeninnholdet i ovnen til under 0,5 %. Reduser unødvendig herdingstid og optimaliser ovnens lastemetode for å unngå overpakking av arbeidsstykker. For arbeidsstykker som har oksidert litt, utfør kuleblåsing etter herding for å fjerne overflatebelegg.
4. Dimensjonal deformasjon
Symptomer: For stor ovalitet på rullen (over 0,05 mm) eller feiljusterte hull i kjedeplaten.
Årsak: For raske oppvarmings- eller avkjølingshastigheter ved anløpning genererer termisk spenning som fører til deformasjon.
Feil plassering av arbeidsstykker under ovnbelastning resulterer i ujevn belastning.
Løsning: Bruk langsom oppvarming (50 °C/time) og langsom avkjøling for å redusere termisk stress.
Design spesialiserte innretninger for å sikre at arbeidsstykket forblir fritt under herding for å unngå kompresjonsdeformasjon.
For høypresisjonsdeler, legg til et rettingstrinn etter herding, bruk trykkretting eller varmebehandling for å korrigere dimensjonene.
IV. Kvalitetsinspeksjon og akseptkriterier for herdingsprosessen
For å sikre at rullekjedekomponenter oppfyller ytelseskravene etter herding, må det etableres et omfattende kvalitetsinspeksjonssystem som utfører omfattende inspeksjoner på tvers av fire dimensjoner: utseende, hardhet, mekaniske egenskaper og mikrostruktur.
1. Utseendekontroll
Inspeksjonsinnhold: Overflatedefekter som skall, sprekker og bulker.
Inspeksjonsmetode: Visuell inspeksjon eller inspeksjon med forstørrelsesglass (10x forstørrelse).
Akseptkriterier: Ingen synlig skala, sprekker eller ujevnheter på overflaten, og ensartet farge.
2. Hardhetsinspeksjon
Inspeksjonsinnhold: Overflatehardhet og hardhetsjevnhet.
Inspeksjonsmetode: Bruk en Rockwell-hardhetstester (HRC) for å teste overflatehardheten til ruller og pinner. 5 % av arbeidsstykkene fra hver batch tas tilfeldig, og tre forskjellige steder på hvert arbeidsstykke inspiseres.
Akseptkriterier:
Ruller og foringer: HRC 55–60, med en hardhetsforskjell på ≤ HRC3 innenfor samme batch.
Pinne og kjettingplate: HRC 35–45, med en hardhetsforskjell på ≤ HRC2 innenfor samme batch. 3. Testing av mekaniske egenskaper
Testinnhold: Strekkfasthet, slagfasthet;
Testmetode: Standardprøver fremstilles fra ett parti arbeidsstykker hvert kvartal for strekkprøving (GB/T 228.1) og slagprøving (GB/T 229);
Akseptkriterier:
Strekkfasthet: Pinner ≥ 800 MPa, kjeder ≥ 600 MPa;
Slagfasthet: Pinner ≥ 30 J/cm², Kjettinger ≥ 25 J/cm².
4. Mikrostrukturtesting
Testinnhold: Intern struktur er jevnt herdet martensitt og herdet bainitt;
Testmetode: Tverrsnitt av arbeidsstykket kuttes, poleres og etses, og observeres deretter ved hjelp av et metallografisk mikroskop (400x forstørrelse);
Akseptkriterier: Jevn struktur uten nettverkskarbider eller grove korn, og en avkarbonisert lagtykkelse ≤ 0,05 mm.
V. Bransjetrender: Utviklingsretningen for intelligente tempereringsprosesser
Med den utbredte bruken av Industri 4.0-teknologier utvikler rullekjedeherdingsprosesser seg mot intelligente, presise og grønne prosesser. Følgende er tre viktige trender verdt å merke seg:
1. Intelligent temperaturkontrollsystem
Ved hjelp av Tingenes Internett (IoT)-teknologi plasseres flere sett med høypresisjonstermoelementer og infrarøde temperatursensorer i herdeovnen for å samle inn temperaturdata i sanntid. Ved hjelp av AI-algoritmer justeres varmeeffekten automatisk for å oppnå temperaturkontrollnøyaktighet innenfor ±2 °C. Videre registrerer systemet herdekurven for hver batch med arbeidsstykker, noe som skaper en sporbar kvalitetsregistrering.
2. Digital prosessimulering
Ved hjelp av programvare for endelig elementanalyse (som ANSYS) simuleres arbeidsstykkets temperatur- og spenningsfelt under anløping for å forutsi potensiell deformasjon og ujevn ytelse, og dermed optimalisere prosessparametrene. Simulering kan for eksempel bestemme den optimale anløpingstiden for en spesifikk valsemodell, noe som øker effektiviteten med 30 % sammenlignet med tradisjonelle prøving-og-feilingsmetoder.
3. Grønne og energisparende prosesser
Utvikling av lavtemperatur- og korttidsherdingsteknologi reduserer herdingstemperaturen og energiforbruket ved å tilsette en katalysator. Implementering av et system for gjenvinning av spillvarme for å resirkulere varmen fra høytemperaturrøkgassen som slippes ut fra herdeovnen for forvarming av arbeidsstykker, noe som oppnår energibesparelser på over 20 %. Videre reduseres VOC-utslipp ved å fremme bruken av vannløselige antioksidasjonsbelegg som et alternativ til tradisjonelle oljebaserte belegg.
Publisert: 08.09.2025