01 Kernmechanismen van warmtebehandeling die de levensduur van tandwielen beïnvloeden

• Contactvermoeiingssterkte van het tandoppervlak: Weerstand tegen putjes (putjes) en afschilfering onder cyclische contactspanning.
• Buigvermoeiingssterkte van de tandwortel: Weerstand tegen vermoeidheidsscheuren en breuk aan de wortel onder cyclische buigspanning.
• Oppervlakkige hardheid en slijtvastheid: Vermogen om materiaalverlies op het tandoppervlak te weerstaan onder glijdende en rollende wrijving.
• Kernsterkte en -sterkte: Het bieden van stevige ondersteuning voor de harde oppervlaktelaag om tandverbrijzeling of breuk onder zware belastingen te voorkomen.

1. Afschrikken en ontlaten (modulatiebehandeling)

• Proces: Afschrikken + ontlaten bij hoge temperatuur.
• Mechanisme: Richt zich voornamelijk op kerneigenschappen van tandwielen, waarbij een geharde sorbitestructuur wordt geproduceerd die een evenwicht vormt tussen hoge sterkte en goede taaiheid. Een sterke, taaie kern fungeert als de fundering van een gebouw en biedt solide ondersteuning voor de daaropvolgende oppervlaktehardingslagen. Onvoldoende kernsterkte kan leiden tot plastische vervorming van de harde oppervlaktelaag onder zware belastingen, waardoor oppervlaktescheuren of inkepingen ontstaan.
• Bijdrage aan de levensduur: Verbetert de algehele sterkte en taaiheid van het tandwiel, met name de buigvermoeiingssterkte van de tandwortel, waardoor tandwielen bestand zijn tegen aanzienlijke impactbelastingen. Het is typisch een voorbehandeling (toegepast op blanco's) voor gecarboneerde en genitreerde tandwielen.

2. Oppervlakteharding (bijv. inductieharding, vlamharding)

• Proces: Verwarmt het tandoppervlak snel tot austenitische temperatuur, gevolgd door snelle afkoeling om het oppervlak te harden met behoud van de oorspronkelijke kernstructuur en -eigenschappen.
• Mechanisme: Vormt een martensietlaag met hoge hardheid op het tandoppervlak, waardoor de oppervlakkige hardheid en slijtvastheid aanzienlijk worden verbeterd. Inductieharding wordt veel gebruikt vanwege de snelle verwarmingssnelheid, minimale vervorming en hoge efficiëntie.
• Bijdrage aan de levensduur:
  • Verbetert de contactvermoeiingssterkte en slijtvastheid van het tandoppervlak aanzienlijk, waardoor putjes en slijtage effectief worden tegengegaan.
  • Behoudt de kerntaaiheid, waardoor tandwielen bestand zijn tegen matige impact.
   
• Beperking: Steile hardheidsgradiënt met spanningsconcentratie op de grens tussen de geharde laag en de kern, wat mogelijk kan leiden tot afschilfering van de geharde laag onder extreem zware belastingen.

3. Carboneren en afschrikken

• Proces: Verwarmt en houdt tandwielen van koolstofarm staal (bijv. 20CrMnTi) in een koolstofrijk medium om koolstofatomen in het oppervlak te laten diffunderen, gevolgd door afschrikken en ontlaten bij lage temperatuur.
• Mechanisme: Het meest gebruikte en uitgebreide tandwielversterkingsproces, dat de perfecte combinatie van "hard oppervlak en taaie kern" bereikt:
  • Oppervlaktelaag: Martensietstructuur met hoog koolstofgehalte met uitzonderlijke hardheid (HRC 58-62), slijtvastheid en contactvermoeiingssterkte.
  • Kern: Martensiet- of sorbitestructuur met laag koolstofgehalte met hoge sterkte en goede taaiheid.
  • Aanzienlijke restcompressiespanning in de oppervlaktelaag compenseert trekspanning van externe belastingen, waardoor de buigvermoeiingssterkte aanzienlijk wordt verbeterd.
   
• Bijdrage aan de levensduur: Verlengt de levensduur van tandwielen aanzienlijk, vooral geschikt voor toepassingen met hoge belasting, hoge impact en ernstige wrijving (bijv. autotransmissies, achterastandwielen). Het is een van de meest betrouwbare processen om een lange levensduur van tandwielen te garanderen.

4. Nitreren

• Proces: Verwarmt tandwielen (500-580℃) in een stikstofrijk medium om stikstofatomen in het oppervlak te laten diffunderen, waardoor een extreem harde nitridelaag wordt gevormd.
• Mechanisme:
  • Ultra-hoge oppervlakkige hardheid (HV 800-1200) met uitstekende slijtvastheid en anti-schuurprestaties.
  • Minimale thermische vervorming door lage verwerkingstemperatuur en geen behoefte aan afschrikken.
  • Verbetert de vermoeiingssterkte en corrosiebestendigheid.
   
• Bijdrage aan de levensduur: Bijzonder geschikt voor precisietandwielen, tandwielen die werken onder omstandigheden met hoge slijtage, matige impact en die in omgevingen met hoge temperaturen of corrosieve omstandigheden.
• Beperking: Dunne genitreerde laag (0,1-0,8 mm) resulteert in een lagere draagkracht dan gecarboneerde tandwielen, met een slechte slagvastheid.

5. Carbonitreren

• Proces: Diffundeert tegelijkertijd koolstof- en stikstofatomen, waarbij de voordelen van carboneren en nitreren worden gecombineerd.
• Mechanisme: Integreert de voordelen van beide processen: hogere slijtvastheid en vermoeiingssterkte dan carboneren, lagere verwerkingstemperatuur met minimale vervorming; diepere diffusielaag en betere draagkracht dan nitreren.
• Bijdrage aan de levensduur: Een uitstekend alternatief voor carboneren, vooral voor tandwielen van koolstofarm staal onder matige belastingen die slijtvastheid, vermoeiingsbestendigheid en gecontroleerde vervorming vereisen.