Процес каљења ваљкастих ланаца: кључна компонента која одређује поузданост преноса
У сектору индустријског преноса,ваљкасти ланцису кључне компоненте за пренос снаге и кретања, а њихове перформансе директно утичу на ефикасност рада и безбедност целе машинерије. Од преносника тешких услова рада у рударским машинама до прецизног покретања прецизних алатних машина, од пољских операција у пољопривредним машинама до преноса снаге у аутомобилским моторима, ваљкасти ланци доследно играју улогу „моста снаге“. У производњи ваљкастих ланаца, каљење, кључни корак у процесу термичке обраде, је попут кључног корака који „претвара камен у злато“, директно одређујући чврстоћу, жилавост, отпорност на хабање и век трајања ланца.
1. Зашто је каљење „обавезни курс“ у производњи ваљкастих ланаца?
Пре него што размотримо процес каљења, прво морамо да разјаснимо: Зашто је каљење ваљкастих ланаца неопходно? Ово почиње обрадом основних компоненти ланца: ваљака, чаура, клинова и карика. Након обликовања, кључне компоненте ваљкастих ланаца обично пролазе кроз процес каљења: радни предмет се загрева изнад критичне температуре (обично 820-860°C), држи се на тој температури одређено време, а затим се брзо хлади (нпр. у води или уљу) да би се унутрашња структура метала трансформисала у мартензит. Иако каљење значајно повећава тврдоћу радног предмета (достижући HRC 58-62), оно такође представља критичан недостатак: изузетно високе унутрашње напоне и кртост, што га чини подложним лому под ударцима или вибрацијама. Замислите да користите каљени ваљкасти ланац директно за пренос. Кварови попут ломљења клинова и пуцања ваљака могу се догодити током почетног оптерећења, са катастрофалним последицама.
Процес отпуштања решава проблем „тврдо, али крто“ након каљења. Каљени радни предмет се поново загрева на температуру испод критичне температуре (обично 150-350°C), држи се на тој температури одређено време, а затим се полако хлади. Овај процес подешава унутрашњу структуру метала како би се постигла оптимална равнотежа између тврдоће и жилавости. Код ваљкастих ланаца, отпуштање игра кључну улогу у три кључне области:
Ублажава унутрашње напрезање: Ослобађа структурна и термичка напрезања настала током каљења, спречавајући деформације и пуцање у радном предмету услед концентрације напрезања током употребе;
Оптимизујте механичка својства: Прилагодите однос тврдоће, чврстоће и жилавости на основу захтева примене – на пример, ланци за грађевинске машине захтевају већу жилавост, док прецизни ланци за пренос захтевају већу тврдоћу;
Стабилизација микроструктуре и димензија: Стабилизација унутрашње микроструктуре метала спречава димензионалну деформацију ланца узроковану променама микроструктуре током употребе, што би могло утицати на тачност преноса.
II. Кључни параметри и контролне тачке процеса каљења ваљкастих ланаца
Ефикасност процеса отпуштања зависи од прецизне контроле три основна параметра: температуре, времена и брзине хлађења. Различите комбинације параметара могу произвести значајно различите резултате перформанси. Процес отпуштања мора бити прилагођен различитим компонентама ваљкастог ланца (ваљци, чауре, клинови и плоче) због њихових различитих карактеристика оптерећења и захтева за перформансама.
1. Температура темперирања: „Језгровно дугме“ за контролу перформанси
Температура отпуштања је најкритичнији фактор у одређивању коначних перформанси радног предмета. Како се температура повећава, тврдоћа радног предмета се смањује, а жилавост повећава. У зависности од примене ваљкастог ланца, температуре отпуштања се генерално категоришу на следећи начин:
Отпуштање на ниским температурама (150-250°C): Првенствено се користи за компоненте које захтевају високу тврдоћу и отпорност на хабање, као што су ваљци и чауре. Отпуштање на ниским температурама одржава тврдоћу радног предмета од HRC 55-60, уз елиминисање извесног унутрашњег напрезања, што га чини погодним за примене преноса високих фреквенција и ниског удара (као што су погони вретена алатних машина).
Отпуштање на средњој температури (300-450°C): Погодно за компоненте које захтевају високу чврстоћу и еластичност, као што су клинови и ланчане плоче. Након отпуштања на средњој температури, тврдоћа радног предмета пада на HRC 35-45, значајно побољшавајући његову границу течења и границу еластичности, омогућавајући му да издржи велика ударна оптерећења (нпр. у грађевинским машинама и рударској опреми).
Отпуштање на високим температурама (500-650°C): Ретко се користи за компоненте ваљкастих ланаца, користи се само у специјализованим применама за помоћне компоненте које захтевају високу жилавост. На овој температури, тврдоћа се додатно смањује (HRC 25-35), али се ударна жилавост значајно побољшава.
Кључне контролне тачке: Уједначеност температуре унутар пећи за каљење је кључна, са температурним разликама контролисаним унутар ±5°C. Неуједначене температуре могу довести до значајних варијација перформанси унутар исте серије радних предмета. На пример, претерано високе локализоване температуре на ваљцима могу створити „меке тачке“, смањујући отпорност на хабање. Претерано ниске температуре могу непотпуно елиминисати унутрашња напрезања, што доводи до пуцања.
2. Време отпуштања: „Довољан услов“ за микроструктурну трансформацију
Време отпуштања мора да обезбеди довољну микроструктурну трансформацију унутар радног предмета, избегавајући притом погоршање перформанси изазвано прекомерним отпуштањем. Прекратко време спречава потпуно ослобађање унутрашњег напрезања, што резултира непотпуном микроструктурном трансформацијом и недовољном жилавошћу. Превише дуго време повећава трошкове производње и може довести до прекомерног смањења тврдоће. Време отпуштања за компоненте ваљкастих ланаца генерално се одређује дебљином радног предмета и оптерећењем пећи:
Танкозидне компоненте (као што су ланчане плоче, дебљине 3-8 мм): Време отпуштања је генерално 1-2 сата;
Дебелозидне компоненте (као што су ваљци и клинови, пречника 10-30 мм): Време отпуштања треба продужити на 2-4 сата;
За већа оптерећења пећи, време отпуштања треба повећати за 10%-20% како би се осигурао равномерни пренос топлоте до језгра радног предмета.
Кључне контролне тачке: Коришћење методе „степеног повећања температуре“ може оптимизовати ефикасност отпуштања — прво подигните температуру пећи на 80% циљне температуре, држите 30 минута, а затим је подигните на циљну температуру како бисте избегли нова термичка напрезања у радном предмету услед брзог повећања температуре.
3. Брзина хлађења: „Последња линија одбране“ за стабилне перформансе
Брзина хлађења након отпуштања има релативно мали утицај на перформансе радног предмета, али је и даље потребно правилно контролисати. Обично се користи хлађење ваздухом (природно хлађење) или хлађење у пећи:
Након отпуштања на ниским температурама, хлађење ваздухом се генерално користи за брзо смањење температуре на собну температуру и избегавање дужег излагања средњим температурама, што може довести до губитка тврдоће.
Ако је потребна већа жилавост након отпуштања на средњој температури, може се користити хлађење у пећи. Спори процес хлађења додатно прецизира величину зрна и побољшава отпорност на удар.
Кључне контролне тачке: Током процеса хлађења, важно је избегавати неравномеран контакт између површине радног предмета и ваздуха, што може довести до оксидације или декарбуризације. Заштитни гасови попут азота могу се увести у пећ за каљење или се на површину радног предмета могу нанети антиоксидативни премази како би се осигурао квалитет површине.
III. Уобичајени проблеми и решења за каљење ваљкастих ланаца
Чак и ако се разумеју основни параметри, проблеми са квалитетом отпуштања могу се јавити у стварној производњи због фактора као што су опрема, рад или материјали. Следе четири најчешћа проблема која се јављају током отпуштања ваљкастих ланаца и њихова одговарајућа решења:
1. Недовољна или неуједначена тврдоћа
Симптоми: Тврдоћа радног предмета је нижа од захтева пројектовања (нпр. тврдоћа ваљка не достиже HRC 55), или разлика у тврдоћи између различитих делова истог радног предмета прелази HRC 3. Узроци:
Температура отпуштања је превисока или је време држања предуго;
Расподела температуре пећи за каљење је неравномерна;
Брзина хлађења радног комада након каљења је недовољна, што доводи до непотпуног формирања мартензита.
Решења:
Калибрирајте термопар пећи за каљење, редовно пратите расподелу температуре унутар пећи и замените старе грејне цеви;
Строго контролишите температуру и време у складу са процесним листом и користите постепено одржавање;
Оптимизујте процес каљења и хлађења како бисте осигурали брзо и равномерно хлађење радног предмета.
2. Унутрашњи напон није елиминисан, што доводи до пуцања током употребе
Симптоми: Током почетне инсталације и употребе ланца, клин или плоча ланца могу се сломити без упозорења, са крхким преломом.
Узроци:
Температура отпуштања је прениска или је време држања прекратко, што доводи до неадекватног ослобађања унутрашњег напрезања;
Обрадак није одмах отпушен након каљења (више од 24 сата), што доводи до акумулације унутрашњег напрезања. Решење:
На одговарајући начин повећати температуру отпуштања на основу дебљине обратка (нпр. са 300°C на 320°C за игле) и продужити време држања.
Након каљења, радни предмет мора бити отпуштен у року од 4 сата како би се избегло дуготрајно накупљање напона.
Користите процес „секундарног отпуштања“ за кључне компоненте (након почетног отпуштања, охладите на собну температуру, а затим поново отпустите на повишеним температурама) како бисте додатно елиминисали преостали напон.
3. Површинска оксидација и декарбуризација
Симптоми: На површини радног предмета појављује се сиво-црна оксидна љуска или тестер тврдоће показује да је површинска тврдоћа нижа од тврдоће језгра (слој декарбуризације је дебљи од 0,1 мм).
Узрок:
Прекомерни садржај ваздуха у пећи за каљење изазива реакцију између радног предмета и кисеоника.
Прекомерно време отпуштања доводи до дифузије и расипања угљеника са површине. Решење: Користите затворену пећ за отпуштање са заштитном атмосфером од азота или водоника да бисте контролисали садржај кисеоника у пећи на испод 0,5%. Смањите непотребно време отпуштања и оптимизујте метод пуњења пећи како бисте избегли прекомерно паковање радних предмета. За радне предмете који су благо оксидирали, извршите сачмарење након отпуштања да бисте уклонили површински каменцасти слој.
4. Димензионална деформација
Симптоми: Прекомерна овалност ваљка (преко 0,05 мм) или неусклађене рупе на плочици ланца.
Узрок: Пребрзо отпуштање, загревање или хлађење, ствара термички стрес који доводи до деформације.
Неправилно постављање радних предмета током пуњења пећи доводи до неравномерног напрезања.
Решење: Користите споро загревање (50°C/сат) и споро хлађење да бисте смањили термички стрес.
Пројектовати специјализоване уређаје како би се осигурало да радни предмет остане слободан током каљења и избегла деформација компресијом.
За делове високе прецизности, додајте корак исправљања након каљења, користећи исправљање под притиском или термичку обраду за исправљање димензија.
IV. Контрола квалитета процеса каљења и критеријуми прихватања
Да би се осигурало да компоненте ваљкастих ланаца испуњавају захтеве перформанси након каљења, мора се успоставити свеобухватни систем контроле квалитета, који спроводе опсежне инспекције у четири димензије: изглед, тврдоћа, механичка својства и микроструктура.
1. Преглед изгледа
Садржај инспекције: Површински недостаци као што су каменца, пукотине и удубљења.
Метода прегледа: Визуелни преглед или преглед помоћу лупе (увећање од 10 пута).
Критеријуми прихватања: Без видљивих љускица, пукотина или неравнина на површини и уједначена боја.
2. Инспекција тврдоће
Садржај инспекције: Тврдоћа површине и уједначеност тврдоће.
Метода инспекције: Користите Роквелов тестер тврдоће (HRC) за испитивање површинске тврдоће ваљака и клинова. 5% радних предмета из сваке серије се насумично узоркује, а три различита места на сваком радном предмету се контролишу.
Критеријуми прихватања:
Ваљци и чауре: HRC 55-60, са разликом тврдоће од ≤ HRC3 унутар исте серије.
Оловка и плоча ланца: HRC 35-45, са разликом тврдоће од ≤ HRC2 унутар исте серије. 3. Испитивање механичких својстава
Садржај теста: Затезна чврстоћа, ударна жилавост;
Метода испитивања: Стандардни узорци се припремају из једне серије радних предмета сваког квартала за испитивање затезања (GB/T 228.1) и испитивање удара (GB/T 229);
Критеријуми прихватања:
Затезна чврстоћа: клинови ≥ 800 MPa, ланци ≥ 600 MPa;
Ударна жилавост: Иглице ≥ 30 J/cm², Ланци ≥ 25 J/cm².
4. Тестирање микроструктуре
Садржај теста: Унутрашња структура је уједначен темперирани мартензит и темперирани беинит;
Метода испитивања: Попречни пресеци радног предмета се секу, полирају и нагризају, а затим посматрају металографским микроскопом (увећање 400 пута);
Критеријуми прихватања: Уједначена структура без мрежастих карбида или крупних зрна и дебљина декарбуризованог слоја ≤ 0,05 мм.
V. Трендови у индустрији: Правац развоја интелигентних процеса каљења
Са широко распрострањеном применом технологија Индустрије 4.0, процеси каљења ваљкастих ланаца се развијају ка интелигентним, прецизним и еколошким процесима. Следећа три кључна тренда су вредна пажње:
1. Интелигентни систем за контролу температуре
Користећи технологију Интернета ствари (IoT), више комплета високопрецизних термопарова и инфрацрвених сензора температуре поставља се у пећ за каљење како би се прикупљали подаци о температури у реалном времену. Користећи вештачку интелигенцију (AI) алгоритме, снага грејања се аутоматски подешава како би се постигла тачност контроле температуре унутар ±2°C. Штавише, систем бележи криву каљења за сваку серију радних предмета, стварајући запис о квалитету који се може пратити.
2. Дигитална симулација процеса
Користећи софтвер за анализу коначних елемената (као што је ANSYS), симулирају се температурна и напонска поља радног предмета током отпуштања како би се предвидела потенцијална деформација и неравномерне перформансе, чиме се оптимизују параметри процеса. На пример, симулација може одредити оптимално време отпуштања за одређени модел ваљка, повећавајући ефикасност за 30% у поређењу са традиционалним методама покушаја и грешака.
3. Зелени и енергетски штедљиви процеси
Развој технологије нискотемпературног, краткотрајног отпуштања смањује температуру отпуштања и потрошњу енергије додавањем катализатора. Имплементација система за рекуперацију отпадне топлоте за рециклирање топлоте из високотемпературног димног гаса који се испушта из пећи за отпуштање за претходно загревање радних предмета, постиже уштеду енергије од преко 20%. Штавише, промовисање употребе водорастворљивих антиоксидативних премаза као алтернативе традиционалним премазима на бази уља смањује емисије испарљивих органских једињења.
Време објаве: 08.09.2025.