Procesul de revenire a lanțului cu role: o componentă esențială care determină fiabilitatea transmisiei
În sectorul transmisiilor industriale,lanțuri cu rolesunt componente cheie pentru transmiterea puterii și a mișcării, iar performanța lor are un impact direct asupra eficienței de funcționare și siguranței întregii utilaje. De la transmisia pentru sarcini grele în utilajele miniere până la acționarea precisă a mașinilor-unelte de precizie, de la operațiunile pe teren în utilajele agricole până la transmisia puterii în motoarele auto, lanțurile cu role joacă în mod constant rolul unei „punți de putere”. În fabricarea lanțurilor cu role, revenirea, o etapă esențială în procesul de tratament termic, este ca pasul crucial care „transformă piatra în aur”, determinând direct rezistența, tenacitatea, rezistența la uzură și durata de viață a lanțului.
1. De ce este revenirea un „curs obligatoriu” în fabricarea lanțurilor cu role?
Înainte de a discuta despre procesul de revenire, trebuie mai întâi să clarificăm: De ce este esențială revenirea lanțului cu role? Aceasta începe cu prelucrarea componentelor principale ale lanțului: role, bucșe, știfturi și plăci de legătură. După formare, componentele cheie ale lanțului cu role sunt de obicei supuse unui proces de călire: piesa de prelucrat este încălzită peste temperatura critică (de obicei 820-860°C), menținută la acea temperatură pentru o perioadă de timp și apoi răcită rapid (de exemplu, în apă sau ulei) pentru a transforma structura internă a metalului în martensită. Deși călirea crește semnificativ duritatea piesei de prelucrat (ajungând la HRC 58-62), aceasta prezintă și un dezavantaj critic: tensiuni interne extrem de mari și fragilitate, ceea ce o face susceptibilă la fracturi sub șocuri sau vibrații. Imaginați-vă că utilizați un lanț cu role călit direct pentru transmisie. Defecțiuni precum ruperea știfturilor și fisurarea rolelor ar putea apărea în timpul încărcării inițiale, cu consecințe dezastruoase.
Procesul de revenire abordează problema „durității, dar fragilității” după călire. Piesa de prelucrat călită este reîncălzită la o temperatură sub temperatura critică (de obicei 150-350°C), menținută la această temperatură pentru o perioadă de timp, apoi răcită lent. Acest proces ajustează structura internă a metalului pentru a obține echilibrul optim între duritate și tenacitate. Pentru lanțurile cu role, revenirea joacă un rol cheie în trei domenii cheie:
Ameliorează tensiunile interne: Eliberează tensiunile structurale și termice generate în timpul călirii, prevenind deformarea și fisurarea piesei de prelucrat din cauza concentrării tensiunii în timpul utilizării;
Optimizați proprietățile mecanice: Ajustați raportul dintre duritate, rezistență și tenacitate în funcție de cerințele aplicației - de exemplu, lanțurile pentru utilaje de construcții necesită o tenacitate mai mare, în timp ce lanțurile de transmisie de precizie necesită o duritate mai mare;
Stabilizarea microstructurii și a dimensiunilor: Stabilizează microstructura internă a metalului pentru a preveni deformarea dimensională a lanțului cauzată de modificările microstructurii în timpul utilizării, care ar putea afecta precizia transmisiei.
II. Parametrii principali și punctele de control ale procesului de revenire a lanțului cu role
Eficacitatea procesului de revenire depinde de controlul precis a trei parametri principali: temperatura, timpul și viteza de răcire. Diferite combinații de parametri pot produce rezultate de performanță semnificativ diferite. Procesul de revenire trebuie adaptat la diferitele componente ale lanțului cu role (role, bucșe, știfturi și plăci) datorită caracteristicilor lor variabile de sarcină și cerințelor de performanță.
1. Temperatura de revenire: „Butonul central” pentru controlul performanței
Temperatura de revenire este cel mai important factor în determinarea performanței finale a unei piese de prelucrat. Pe măsură ce temperatura crește, duritatea piesei de prelucrat scade, iar tenacitatea acesteia crește. În funcție de aplicația lanțului cu role, temperaturile de revenire sunt în general clasificate după cum urmează:
Revenirea la temperatură joasă (150-250°C): Utilizată în principal pentru componente care necesită duritate ridicată și rezistență la uzură, cum ar fi rolele și bucșele. Revenirea la temperatură joasă menține o duritate a piesei de prelucrat de 55-60 HRC, eliminând în același timp o parte din tensiunea internă, fiind potrivită pentru aplicații de transmisie de înaltă frecvență și impact redus (cum ar fi acționările axului mașinilor-unelte).
Revenire la temperatură medie (300-450°C): Potrivită pentru componente care necesită rezistență și elasticitate ridicate, cum ar fi știfturile și plăcile de lanț. După revenirea la temperatură medie, duritatea piesei de prelucrat scade la HRC 35-45, îmbunătățind semnificativ rezistența la curgere și limita de elasticitate, permițându-i să reziste la sarcini mari de impact (de exemplu, în utilaje de construcții și echipamente miniere).
Revenire la temperatură înaltă (500-650°C): Rareori utilizată pentru componentele lanțurilor cu role centrale, este utilizată doar în aplicații specializate pentru componente auxiliare care necesită o tenacitate ridicată. La această temperatură, duritatea este redusă și mai mult (HRC 25-35), dar tenacitatea la impact este îmbunătățită semnificativ.
Puncte cheie de control: Uniformitatea temperaturii în cuptorul de revenire este crucială, diferențele de temperatură fiind controlate în limita a ±5°C. Temperaturile neuniforme pot duce la variații semnificative de performanță în cadrul aceluiași lot de piese prelucrate. De exemplu, temperaturile localizate excesiv de ridicate pe role pot crea „puncte moi”, reducând rezistența la uzură. Temperaturile excesiv de scăzute pot elimina incomplet tensiunile interne, ducând la fisuri.
2. Timpul de revenire: o „condiție suficientă” pentru transformarea microstructurală
Timpul de revenire trebuie să asigure o transformare microstructurală suficientă în cadrul piesei de prelucrat, evitând în același timp degradarea performanței cauzată de revenire excesivă. Un timp prea scurt previne eliberarea completă a tensiunii interne, rezultând o transformare microstructurală incompletă și o tenacitate insuficientă. Un timp prea lung crește costurile de producție și poate duce, de asemenea, la o reducere excesivă a durității. Timpul de revenire pentru componentele lanțului cu role este, în general, determinat de grosimea piesei de prelucrat și de sarcina cuptorului:
Componente cu pereți subțiri (cum ar fi plăci de lanț, cu grosimea de 3-8 mm): Timpul de revenire este în general de 1-2 ore;
Componente cu pereți groși (cum ar fi role și știfturi, diametru 10-30 mm): Timpul de revenire trebuie prelungit la 2-4 ore;
Pentru sarcini mai mari ale cuptorului, timpul de revenire trebuie crescut cu 10%-20% pentru a asigura un transfer uniform de căldură către miezul piesei de prelucrat.
Puncte cheie de control: Utilizarea unei metode de „rampă de temperatură în trepte” poate optimiza eficiența revenirii - mai întâi creșteți temperatura cuptorului la 80% din temperatura țintă, mențineți-o timp de 30 de minute, apoi creșteți-o la temperatura țintă pentru a evita noi solicitări termice în piesa de prelucrat din cauza creșterilor rapide de temperatură.
3. Rata de răcire: „Ultima linie de apărare” pentru o performanță stabilă
Viteza de răcire după revenire are un impact relativ mic asupra performanței piesei de prelucrat, dar trebuie totuși controlată corespunzător. Răcirea cu aer (răcire naturală) sau răcirea în cuptor (răcire în cuptor) este de obicei utilizată:
După revenirea la temperatură joasă, răcirea cu aer este în general utilizată pentru a reduce rapid temperatura la temperatura camerei și a evita expunerea prelungită la temperaturi medii, ceea ce poate duce la pierderea durității.
Dacă este necesară o tenacitate mai mare după revenirea la temperatură medie, se poate utiliza răcirea în cuptor. Procesul lent de răcire rafinează și mai mult dimensiunea granulelor și îmbunătățește rezistența la impact.
Puncte cheie de control: În timpul procesului de răcire, este important să se evite contactul neuniform dintre suprafața piesei de prelucrat și aer, care poate duce la oxidare sau decarburare. Gaze de protecție precum azotul pot fi introduse în cuptorul de revenire sau se pot aplica acoperiri antioxidante pe suprafața piesei de prelucrat pentru a asigura calitatea suprafeței.
III. Probleme și soluții comune pentru revenirea lanțurilor cu role
Chiar dacă parametrii de bază sunt înțeleși, problemele legate de calitatea temperării pot apărea în producția reală din cauza unor factori precum echipamentul, funcționarea sau materialele. Următoarele sunt cele patru probleme cele mai frecvente întâlnite în timpul temperării lanțurilor cu role și soluțiile aferente:
1. Duritate insuficientă sau neuniformă
Simptome: Duritatea piesei de prelucrat este mai mică decât cerința de proiectare (de exemplu, duritatea rolei nu atinge HRC 55) sau diferența de duritate dintre diferite părți ale aceleiași piese de prelucrat depășește HRC 3. Cauze:
Temperatura de revenire este prea mare sau timpul de menținere este prea lung;
Distribuția temperaturii în cuptorul de revenire este neuniformă;
Viteza de răcire a piesei după călire este insuficientă, rezultând o formare incompletă a martensitei.
Soluții:
Calibrați termocuplul cuptorului de revenire, monitorizați periodic distribuția temperaturii în interiorul cuptorului și înlocuiți tuburile de încălzire îmbătrânite;
Controlați cu strictețe temperatura și timpul conform fișei de proces și utilizați menținerea în etape;
Optimizați procesul de călire și răcire pentru a asigura răcirea rapidă și uniformă a piesei de prelucrat.
2. Tensiunea internă nu este eliminată, ceea ce duce la fisuri în timpul utilizării
Simptome: În timpul instalării și utilizării inițiale a lanțului, știftul sau placa lanțului se pot rupe fără avertisment, producând o fractură fragilă.
Cauze:
Temperatura de revenire este prea scăzută sau timpul de menținere este prea scurt, ceea ce duce la o eliberare inadecvată a tensiunii interne;
Piesa de prelucrat nu este revenită prompt după călire (timp de mai mult de 24 de ore), ceea ce duce la acumularea de tensiuni interne. Soluție:
Măriți corespunzător temperatura de revenire în funcție de grosimea piesei de prelucrat (de exemplu, de la 300°C la 320°C pentru știfturi) și prelungiți timpul de menținere.
După călire, piesa de prelucrat trebuie revenită în termen de 4 ore pentru a evita acumularea prelungită de stres.
Folosiți un proces de „revenire secundară” pentru componentele cheie (după revenirea inițială, răciți la temperatura camerei și apoi reveniți din nou la temperaturi ridicate) pentru a elimina și mai mult stresul rezidual.
3. Oxidarea suprafeței și decarburarea
Simptome: Pe suprafața piesei de prelucrat apare o crustă de oxid gri-negru sau un tester de duritate indică faptul că duritatea suprafeței este mai mică decât duritatea miezului (stratul de decarburare are o grosime mai mare de 0,1 mm).
Cauza:
Conținutul excesiv de aer din cuptorul de revenire provoacă o reacție între piesa de prelucrat și oxigen.
Timpul excesiv de revenire determină difuzia și disiparea carbonului de la suprafață. Soluție: Utilizați un cuptor de revenire etanș, cu atmosferă protectoare de azot sau hidrogen, pentru a controla conținutul de oxigen din cuptor sub 0,5%. Reduceți timpul inutil de revenire și optimizați metoda de încărcare a cuptorului pentru a evita supraîncărcarea pieselor de prelucrat. Pentru piesele de prelucrat care s-au oxidat ușor, efectuați sablare după revenire pentru a îndepărta crusta de suprafață.
4. Deformare dimensională
Simptome: Ovalitate excesivă a rolei (peste 0,05 mm) sau găuri ale plăcii lanțului nealiniate.
Cauză: Vitezele excesiv de rapide de încălzire sau răcire prin revenire generează solicitări termice care duc la deformare.
Amplasarea necorespunzătoare a pieselor de prelucrat în timpul încărcării cuptorului duce la solicitări neuniforme.
Soluție: Se utilizează încălzire lentă (50°C/oră) și răcire lentă pentru a reduce stresul termic.
Proiectați dispozitive de fixare specializate pentru a asigura că piesa de prelucrat rămâne liberă în timpul revenirii, pentru a evita deformarea prin compresie.
Pentru piesele de înaltă precizie, adăugați o etapă de îndreptare după revenire, utilizând îndreptarea sub presiune sau tratamentul termic pentru a corecta dimensiunile.
IV. Inspecția calității procesului de revenire și criteriile de acceptare
Pentru a se asigura că componentele lanțului cu role îndeplinesc cerințele de performanță după revenire, trebuie stabilit un sistem cuprinzător de inspecție a calității, care să efectueze inspecții complete pe patru dimensiuni: aspect, duritate, proprietăți mecanice și microstructură.
1. Inspecția aspectului
Conținutul inspecției: Defecte de suprafață, cum ar fi depuneri de crustă, crăpături și adâncituri.
Metoda de inspecție: Inspecție vizuală sau inspecție cu o lupă (mărire de 10x).
Criterii de acceptare: Fără crustă vizibilă, crăpături sau bavuri pe suprafață și culoare uniformă.
2. Inspecția durității
Conținutul inspecției: Duritatea suprafeței și uniformitatea durității.
Metodă de inspecție: Se utilizează un aparat de testare a durității Rockwell (HRC) pentru a testa duritatea suprafeței rolelor și a știfturilor. 5% din piesele de prelucrat din fiecare lot sunt prelevate aleatoriu și se inspectează trei locații diferite pe fiecare piesă de prelucrat.
Criterii de acceptare:
Role și bucșe: HRC 55-60, cu o diferență de duritate ≤ HRC3 în cadrul aceluiași lot.
Știft și placă de lanț: HRC 35-45, cu o diferență de duritate de ≤ HRC2 în cadrul aceluiași lot. 3. Testarea proprietăților mecanice
Conținutul testului: Rezistență la tracțiune, tenacitate la impact;
Metodă de testare: Eșantioanele standard sunt preparate dintr-un lot de piese în fiecare trimestru pentru testarea la tracțiune (GB/T 228.1) și testarea la impact (GB/T 229);
Criterii de acceptare:
Rezistență la tracțiune: Știfturi ≥ 800 MPa, Lanțuri ≥ 600 MPa;
Rezistență la impact: Știfturi ≥ 30 J/cm², Lanțuri ≥ 25 J/cm².
4. Testarea microstructurii
Conținutul testului: Structura internă este martensită revenită uniform și bainită revenită;
Metodă de testare: Secțiunile transversale ale piesei de prelucrat sunt tăiate, lustruite și gravate, apoi observate la microscop metalografic (mărire de 400x);
Criterii de acceptare: Structură uniformă fără carburi reticulate sau granule grosiere și o grosime a stratului decarburat ≤ 0,05 mm.
V. Tendințe în industrie: Direcția de dezvoltare a proceselor inteligente de revenire
Odată cu adoptarea pe scară largă a tehnologiilor Industry 4.0, procesele de temperare a lanțurilor cu role se dezvoltă către procese inteligente, precise și ecologice. Următoarele sunt trei tendințe cheie care merită menționate:
1. Sistem inteligent de control al temperaturii
Utilizând tehnologia Internet of Things (IoT), în cuptorul de revenire sunt plasate mai multe seturi de termocupluri de înaltă precizie și senzori de temperatură cu infraroșu pentru a colecta date de temperatură în timp real. Folosind algoritmi de inteligență artificială, puterea de încălzire este ajustată automat pentru a obține o precizie de control al temperaturii de ±2°C. În plus, sistemul înregistrează curba de revenire pentru fiecare lot de piese, creând o înregistrare a calității trasabilă.
2. Simularea proceselor digitale
Folosind software de analiză cu elemente finite (cum ar fi ANSYS), câmpurile de temperatură și tensiune ale piesei de prelucrat în timpul revenirii sunt simulate pentru a prezice potențialele deformări și performanțe inegale, optimizând astfel parametrii procesului. De exemplu, simularea poate determina timpul optim de revenire pentru un anumit model de rolă, crescând eficiența cu 30% în comparație cu metodele tradiționale de încercare și eroare.
3. Procese ecologice și de economisire a energiei
Dezvoltarea tehnologiei de revenire la temperatură joasă și pe termen scurt reduce temperatura de revenire și consumul de energie prin adăugarea unui catalizator. Implementarea unui sistem de recuperare a căldurii reziduale pentru reciclarea căldurii din gazele de ardere la temperatură înaltă evacuate din cuptorul de revenire pentru preîncălzirea pieselor de prelucrat, realizând economii de energie de peste 20%. În plus, promovarea utilizării acoperirilor antioxidante solubile în apă ca alternativă la acoperirile tradiționale pe bază de ulei reduce emisiile de COV.
Data publicării: 08 septembrie 2025