Вибір гартівного середовища для сталевого роликового ланцюга 45#: характеристики, застосування та порівняння
У галузі машинобудування роликовий ланцюг є ключовим компонентом трансмісії, а його продуктивність безпосередньо впливає на ефективність роботи та надійність механічного обладнання. Роликовий ланцюг зі сталі 45# широко використовується завдяки низькій вартості та помірним механічним властивостям, а процес гартування має вирішальне значення для підвищення його твердості, міцності та зносостійкості. Вибір гартуючого середовища визначає якість гартування. У цій статті детально досліджено гартуюче середовище, придатне для роликового ланцюга зі сталі 45#, щоб допомогти міжнародним оптовим покупцям та виробникам оптимізувати продуктивність продукції та максимізувати комерційну цінність.
1. Характеристики та вимоги до гартування сталевого роликового ланцюга 45#
Сталь 45# — це середньовуглецева сталь з хорошими комплексними механічними властивостями, такими як висока міцність, твердість і в'язкість, а також гарною технологією обробки, що робить її ідеальним матеріалом для виготовлення роликових ланцюгів. Однак її прогартовуваність відносно низька, особливо у великих деталях, і важко отримати рівномірну мартенситну структуру під час гартування. Тому, щоб задовольнити вимоги роликових ланцюгів щодо високої міцності, зносостійкості та довговічності, необхідно вибрати відповідне гартівне середовище для досягнення швидкого та рівномірного охолодження, покращення глибини загартованого шару та загальної продуктивності деталей.
2. Поширені гартівні середовища та їх характеристики
(I) Вода
Вода є найпоширенішим і найдешевшим гартуючим середовищем з високою швидкістю охолодження, особливо у високотемпературній зоні. Це дозволяє забезпечити швидке охолодження роликових ланцюгів зі сталі 45#, що сприяє формуванню мартенситної структури, тим самим покращуючи твердість і міцність. Наприклад, після остаточного кування шестерня з малим модулем пружності, виготовлена зі сталі 45#, швидко затискається та передається у водяну ванну для гартування за допомогою гартової машини. Твердість шестерні може перевищувати HRC45, при цьому не виникає тріщин від гартування, а продуктивність краща, ніж у традиційних процесів. Однак швидкість охолодження водою в низькотемпературній зоні занадто висока, що може спричинити великі термічні та структурні напруження на поверхні заготовки, збільшуючи ризик розтріскування, особливо для деталей роликових ланцюгів складної форми або великих розмірів.
(II) Олія
Швидкість охолодження оливи повільніша, ніж у води, і швидкість є більш рівномірною протягом усього процесу охолодження. Це робить олію м'якшим гартуючим середовищем, що може ефективно зменшити тенденцію до деформації та розтріскування під час гартування. Мінеральна олія є однією з поширених гартуючих олив, і її охолоджувальну здатність можна регулювати, регулюючи температуру оливи, добавки тощо. Для деяких деталей роликових ланцюгів зі сталі 45# з високими вимогами до точності та складної форми, таких як ланцюгові пластини, гартування в оливі може забезпечити кращу розмірну стабільність та механічні властивості. Однак швидкість охолодження оливи відносно повільна, що може призвести до поганого гартування деяких деталей малого розміру або тонкостінних деталей, і не може задовольнити вимоги високої твердості та високої міцності.
(III) Розчин розсолу
Швидкість охолодження розчину солі знаходиться між швидкістю охолодження води та олії, а характеристики охолодження можна змінювати, регулюючи концентрацію солі та температуру води. Загалом, охолоджувальна здатність розчину солі збільшується зі збільшенням концентрації солі, але занадто висока концентрація може призвести до підвищення корозійності розчину та пошкодження деталей та обладнання. Наприклад, 10% розчин солі у воді є поширеним гартуючим середовищем. Його швидкість охолодження вища, ніж у чистій воді, а однорідність краща. Він може певною мірою зменшити проблему розтріскування під час гартування в чистій воді. Водночас він має вищу ефективність охолодження, ніж олія, і підходить для деяких середніх та простих за формою деталей роликових ланцюгів зі сталі 45#.
(IV) Водний розчин хлориду кальцію
Як ефективне гартуюче середовище, водний розчин хлориду кальцію добре зарекомендував себе при гартуванні роликових ланцюгів зі сталі 45#. Його унікальні охолоджувальні характеристики можуть забезпечити швидке охолодження на стадії високої температури, а швидкість охолодження відповідно уповільнюється на стадії низької температури, тим самим ефективно знижуючи гартівне напруження та зменшуючи схильність заготовки до деформації та розтріскування. Дослідження показали, що при гартуванні роликів зі сталі 45# насиченим водним розчином хлориду кальцію при 20℃ твердість роликів може досягати 56~60HRC, а деформація внутрішнього діаметра дуже мала, здатність до гартування висока, а загальна продуктивність та термін служби роликів можуть бути значно покращені.
3. Вплив різних гартуючих середовищ на характеристики сталевого роликового ланцюга 45#
(I) Твердість і міцність
Завдяки швидкому охолодженню, гартування у воді зазвичай може призвести до підвищення твердості та міцності роликового ланцюга зі сталі 45#. Однак, якщо швидкість охолодження занадто висока, це може спричинити збільшення залишкової напруги всередині заготовки, що вплине на стабільність розмірів та в'язкість заготовки. Хоча твердість та міцність після гартування в олії дещо нижчі, ніж після гартування у воді, це може забезпечити кращу в'язкість та меншу деформацію заготовки. Сольовий розчин та водний розчин хлориду кальцію можуть досягти кращого балансу між твердістю, міцністю та в'язкістю відповідно до конкретних вимог процесу. Наприклад, за тих самих умов твердість поверхні штифта зі сталі 45# після гартування насиченим водним розчином хлориду кальцію значно покращується порівняно з штифтом після гартування моторною оливою 20#, а також значно покращується міцність на розрив.
(II) Зносостійкість
Гартуюче середовище також має важливий вплив на зносостійкість роликового ланцюга. Висока твердість та однорідна структура є ключовими факторами для покращення зносостійкості. Використання середовища з рівномірним охолодженням та хорошою гартуванням, такого як водний розчин хлориду кальцію, може забезпечити вищу твердість та хорошу однорідність організації роликового ланцюга зі сталі 45#, тим самим підвищуючи його зносостійкість. На практиці термін служби роликових ланцюгів, оброблених відповідним гартуючим середовищем, може бути значно подовжений за тих самих умов експлуатації.
(III) Термін служби від втоми
Втомна довговічність дуже важлива для роликових ланцюгів. Розподіл залишкових напружень та організаційна структура, що утворюються під час процесу гартування, мають великий вплив на втомну довговічність. Гартування водою може призвести до концентрації великих залишкових напружень на поверхні заготовки, що зменшує втомну довговічність. Гартування маслом та розсолом може сформувати більш розумний розподіл залишкових напружень, що допомагає покращити втомну довговічність. Крім того, після гартування водним розчином хлориду кальцію, оскільки це може ефективно зменшити гартівну напругу, заготовка може отримати більш рівномірну організацію та розподіл залишкових напружень, що також позитивно впливає на покращення втомної довговічності роликового ланцюга.
4. Фактори, які слід враховувати під час вибору гартового середовища
(I) Розмір і форма заготовки
Для деталей роликових ланцюгів малого розміру або простої форми зі сталі 45#, таких як малі ролики, гартування у воді може швидко охолодити та досягти хороших ефектів гартування завдяки відносно великому співвідношенню площі поверхні до об'єму. Для деталей великого розміру або складної форми, таких як великі ланцюгові пластини, гартування в олії або розсолі є більш доцільним для зменшення схильності до деформації та розтріскування. Оскільки швидкість охолодження цих середовищ є відносно рівномірною, це може ефективно уникнути проблем концентрації напружень, спричинених надмірною швидкістю охолодження.
(II) Склад матеріалу та організаційний стан
Хімічний склад та початковий організаційний стан сталі 45# суттєво впливають на її гартові властивості. Наприклад, якщо вміст вуглецю та легуючих елементів у матеріалі змінюється, це вплине на його критичну швидкість охолодження та загартовуваність. Для сталі 45# з дещо поганою загартовуваністю можна вибрати гартове середовище з швидшою швидкістю охолодження, таке як водний розчин хлориду кальцію, щоб забезпечити достатню глибину загартованого шару. Водночас початковий організаційний стан матеріалу, такий як наявність смугастої структури, структури Відманштеттена тощо, також впливатиме на ефект гартування та потребуватиме коригування відповідно до конкретної ситуації.
(III) Партія виробництва та вартість
У великомасштабному виробництві вартість є важливим фактором. Вода як гартове середовище є недорогою та легкодоступною. Вона є економічним вибором для невеликих деталей роликових ланцюгів, що виробляються у великих кількостях. Однак, для виробництва високоточних та складних деталей, хоча вартість гартування в олії або розсолі є відносно високою, її комплексна вартість може бути більш вигідною в довгостроковій перспективі, оскільки вона може ефективно зменшити рівень браку та покращити якість продукції. Крім того, також необхідно комплексно враховувати вартість обслуговування та термін служби гартового середовища.
5. Використання та обслуговування гартуючого середовища
(I) Застереження щодо використання
Під час використання води як гартового середовища звертайте увагу на такі фактори, як температура води, її чистота та жорсткість. Занадто висока температура води зменшить швидкість охолодження та вплине на ефект гартування; домішки та занадто висока жорсткість води можуть спричинити такі проблеми, як зниження якості поверхні заготовки та утворення окалини на обладнанні. Для гартування в олії необхідно суворо контролювати температуру олії, її якість та умови перемішування. Надмірна температура олії уповільнить швидкість охолодження та навіть спричинить пожежу; а псування олії вплине на ефективність гартування, тому її необхідно регулярно замінювати та фільтрувати. Використання розсолу та розчину хлориду кальцію вимагає уваги до концентрації, температури та антикорозійних заходів розчину, щоб забезпечити стабільність його охолоджувальної здатності та безпечну роботу обладнання.
(II) Пункти технічного обслуговування
Регулярне тестування різних параметрів гартового середовища, таких як жорсткість води, в'язкість олії та температура спалаху, а також концентрація розчину розсолу та розчину хлориду кальцію, є ключем до забезпечення якості гартування. Водночас, гартовий резервуар слід підтримувати в чистоті, а осад та домішки слід своєчасно очищати. Для гартування олією також слід вживати протипожежних заходів та обладнати відповідним протипожежним обладнанням. Крім того, використання відповідних систем охолодження та циркуляції може подовжити термін служби гартового середовища та покращити його ефективність та стабільність охолодження.
6. Висновок
Підсумовуючи, вибір відповідного гартуючого середовища відіграє життєво важливу роль у покращенні продуктивності та контролі якості сталевого роликового ланцюга 45#. Вода, олія, розчин розсолу та розчин хлориду кальцію мають свої особливості. На практиці для досягнення найкращого ефекту гартування слід комплексно враховувати розмір, форму, склад матеріалу, виробничу партію та вартість заготовки. Міжнародні оптові покупці та виробники повинні мати глибоке розуміння характеристик та застосовної сфери застосування різних гартуючих середовищ, зміцнювати співпрацю з постачальниками термічної обробки, оптимізувати процес гартування, тим самим підвищуючи конкурентоспроможність сталевого роликового ланцюга 45# на ринку та задовольняючи світовий ринковий попит на високоякісні компоненти трансмісії.
Час публікації: 19 травня 2025 р.