Jako podstawowe elementy połączeń mechanicznych, wydajność śruby bezpośrednio określa niezawodność i bezpieczeństwo sprzętu. Obróbka cieplna jest krytycznym procesem, który modyfikuje wewnętrzną strukturę śrub poprzez kontrolowanie procesów ogrzewania, izolacji i chłodzenia w celu osiągnięcia pożądanych właściwości mechanicznych (takich jak siła, twardość i wytrzymałość). Śruby wykonane z różnych materiałów (takich jak stal węglowa, stal stopowa i stal nierdzewna) wymagają dostosowanych roztworów obróbki cieplnej, aby spełnić wymagania różnych zastosowań (takich jak motoryzacyjny, budowlany i lotniczy).
Podstawowy cel obróbki ciepła śrubowego
Śruby muszą wytrzymać obciążenia, takie jak napięcie, ścinanie i uderzenie podczas pracy, a niektóre muszą również wytrzymać trudne środowiska, takie jak korozja i wysokie temperatury. Podstawowym celem obróbki cieplnej jest osiągnięcie równowagi między siłą a wytrzymałością, którą można podzielić na trzy główne kategorie:
Ulepszenie wydajności (najważniejszy cel): Poprzez modyfikację struktury wewnętrznej (takiej jak tworzenie martenzytu lub sorbitu) wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności i twardość śruby jest zwiększona, zapobiegając deformacji tworzyw sztucznych lub złamania pod obciążeniem. (Typowe zastosowania obejmują motoryzacyjne śruby blokowe i śruby połączenia mostu, które muszą wytrzymać wysokie obciążenia bez deformacji.)
Łagodzić stres wewnętrzny: Po nagłówku na zimno (utworzenie) i obróbce obróbka pozostała w śrubie, co może łatwo prowadzić do pękania lub deformacji wymiarowej podczas kolejnego użycia. Obróbka cieplna, poprzez takie procesy, jak niska temperatura i nałożenie łagodzenia stresu, może uwalniać te naprężenia wewnętrzne i zapewnić stabilność wymiarową. (Typowy przypadek użycia: mikro śruby stosowane w instrumentach precyzyjnych wymagają wyjątkowo wysokiej dokładności wymiarowej (np. Tolerancje ± 0,01 mm).)
Poprawa maszyny: Niektóre materiały o wysokiej twardości (takie jak stal o wysokiej zawartości węgla) są trudne do bezpośredniego zabezpieczenia. Wyżądanie może zmniejszyć twardość i zwiększyć plastyczność, ułatwiając zimne nagłówek lub gwintowanie. W celu zwiększenia siły można następnie wykorzystać hartowanie i temperowanie. (Typowy przypadek użycia: 45# śruby stalowe są wyżarzane przed utworzeniem (w celu zmniejszenia twardości do HB180-220), a następnie hartowanie i temperowanie po obróbce (w celu zwiększenia twardości do HRC35-40).
Wspólne materiały śrubowe i odpowiednie procesy oczyszczania ciepła
Wybór materiału śrubowego określa trasę obróbki cieplnej. Różnice w składzie (takich jak zawartość węgla i elementy stopowe) między różnymi materiałami prowadzą do zupełnie różnych charakterystyk transformacji fazowej i wymagań dotyczących wydajności. Poniżej znajdują się kombinacje procesów dla trzech materiałów głównego nurtu:
Stal niskoemisyjna Q235, 10# stal: proces oczyszczania ciepła rdzenia (gaźby się hartowanie niskiej temperatury)
Stal średniego węglowa 45# stal, 35# stal: harding o średnim temperaturze temperatury
Stalowa stal strukturalna 40CR, 35CRMO: hartowanie i temperowanie (hartowanie temperatury w wysokiej temperaturze)
Martenzytyczna stal ze stali nierdzewnej 410, 420: hartowanie niskiej temperatury
Kluczowe połączenia o obróbce ciepła śrubowego
Śruba obróbka ciepła wymaga ścisłej kontroli trzyetapowych parametrów „ogrzewania - trzymania - chłodzenia”, aby uniknąć wad, takich jak niewystarczająca twardość, pękanie i deformacja. Poniżej znajduje się szczegółowa analiza podstawowego procesu:
Ograniczenie wstępne: wyżarzanie/normalizacja (przygotowanie do późniejszego przetwarzania lub końcowego obróbki cieplnej)
Wyżarzanie: powoli podgrzewaj śrubę do 30-50 ° C powyżej AC3 (stal hipoeutektoidalna) lub AC1 (stal hipereutektoidalna), przytrzymaj przez pewien czas, a następnie powoli ostygnąć w piecu (szybkość chłodzenia ≤ 50 ° C/h).
Cel: Zmniejsz twardość (np. 45# twardość stali ≤ HB229 po wyższym poziomie), łagodzą naprężenia przetwarzające i udoskonal rozmiar ziarna w ramach przygotowań do nagłówka lub hartowania na zimno.
Normalizacja: ogrzewanie do temperatury podobnej do wyżarzania, ale trzymanie, a następnie chłodzenie w powietrzu (szybkość chłodzenia szybciej niż wyżarzanie).
Cel: Wyprodukuj drobniejszą strukturę perlitów o nieco wyższej twardości niż wyżarzanie (45# twardość stali HB170-230 po normalizacji). Nadaje się do niekrytycznych śrub o pewnych wymaganiach dotyczących wytrzymałości.
Umocnienie leczenia: hartowanie hartowanie (określa końcowe właściwości mechaniczne śruby)
(Wygaszanie) osiąga wysoką twardość, ale także kruchość: śruba jest podgrzewana do „temperatury austenityzującej” (np. 840-860 ° C dla 45# stali, 830-850 ° C dla 40Cr stali), utrzymywanej w tej temperaturze, aby umożliwić mikrostrukturę w całkowitą transformację w Austenit. Szybkie chłodzenie (np. Chłodzenie wody lub oleju) pozwala austenicie przekształcić się w martenzyt, znacznie zwiększając twardość.
(Temperowanie) Bilansowanie trudność i wytrzymałość (rdzeń „strojenia”): Zatartowana śruba jest podgrzewana do „temperatury sub-AC1” (nie wyższa niż 727 ° C, aby uniknąć austenityzacji), utrzymywany w tej temperaturze, a następnie ochładza się, aby częściowo rozłożyć martenzyt na temperamentowy martenzyt, troostyt i troostyt, zmniejszając kanalizację przy jednoczesnym zatrzymaniu stopnia świąteczności.
Hartowanie powierzchniowe: gaźby/azotowanie (w przypadku wymagań o wysokiej twardości powierzchni)
W przypadku śrub stalowych o niskiej zawartości węglowych (takich jak 10# stal), ze względu na ich niską zawartość węgla (≤0,15%), pełne wygaszanie nie może osiągnąć wysokiej twardości. Wymagane jest gaźniki powierzchniowe w celu zwiększenia twardości powierzchni przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości rdzenia.
Proces gaźnika: Śruba umieszcza się w piecu gaźnym (zawierającym środek gaźby, taki jak metan lub propan) w 900-950 ° C przez 2-6 godzin, aby zwiększyć zawartość węgla powierzchniowego do 0,8%-1,2%. Śruba jest następnie składana i temperowana w niskiej temperaturze.
Powszechne wady i zapobieganie obróbce ciepła śrubowego
Podczas procesu obróbki cieplnej niewłaściwe kontrola parametrów lub błędy operacyjne spowodują złomowanie śrub. Wspólne wady i środki zapobiegawcze są następujące:
Niewystarczająca twardość
Przyczyny: 1. Temperatura wygaszania zbyt niska; 2. Niewystarczający czas trzymania; 3. Powolna szybkość chłodzenia
Środki zapobiegawcze: 1. Ustaw temperaturę wygaszania zgodnie ze specyfikacjami materiału; 2. Zapewnij wystarczający czas trzymania; 3. Użyj hartowania wody do stali niskoemisyjnej i hartowania oleju do stali stopowej
Łapanie pękania
Przyczyny: 1. Nadmierna szybkość ogrzewania (duża różnica temperatur wewnętrzna i zewnętrzna); 2. Nadmierna szybkość chłodzenia; 3. Ostre zakręty/pęknięcia w śrubie
Miary zapobiegawcze: 1. Powolne ogrzewanie (ogrzewanie stopniowe); 2. Użyj hartowania oleju lub austemperingu do stali stopowej; 3. Usuń ostre zakątki podczas przetwarzania i wcześniej sprawdź wady powierzchniowe
Odkształcenie wymiarowe
Przyczyny: 1. Nierównomierne ogrzewanie/chłodzenie; 2. Asymetryczny kształt śruby; 3. Niewystarczające temperowanie
Miary zapobiegawcze: 1. Użyj jednolitego pieca grzewczego i obróć śrubę podczas chłodzenia; 2. Optymalizuj konstrukcję śrub (zmniejsz zmiany grubości ściany); 3. Temper niezwłocznie po wygaszaniu.
Utlenianie i dekarburowanie
Przyczyna: Nadmierne powietrze w piecu grzewczym, co prowadzi do utleniania powierzchni lub utraty węgla.
Miary zapobiegawcze: 1. Użyj ochronnego pieca atmosfery (azot/wodór); 2. Zastosuj powłokę przeciwutleniającą na powierzchnię śruby przed podgrzaniem.
