Hammasrattad on mehaaniliste seadmete peamised ülekandekomponendid ning nende jõudlus ja kvaliteet mõjutavad otseselt kogu seadme töötõhusust ja eluiga. Olulise lülina hammasrataste tootmisprotsessis on kuumtöötlusel oluline roll hammasrataste kõvaduse, kulumiskindluse ja väsimuskindluse parandamisel. Kuumtöötlusprotsessiga kaasnevad aga sageli käigumoonutusprobleemid, mis mitte ainult ei mõjuta käigu täpsust, vaid võib kahjustada ka selle tugevust ja kasutusiga. Selles artiklis käsitletakse üksikasjalikult hammasrataste kuumtöötluse moonutuste 12 peamist tegurit, et pakkuda kasulikku teavet hammasrataste tootmiseks.
1. Süsinikusisaldus
Süsinikusisaldus on peamine tegur, mis mõjutab käigukasti kuumtöötluse moonutusi. Mida suurem on süsinikusisaldus käigukasti materjalis, seda suurem on karastamise käigus tekkiv kõveruse ja mahu moonutamine. Selle põhjuseks on asjaolu, et suure süsinikusisaldusega terase karastamise käigus muutub maht oluliselt, kui austeniit muutub martensiidiks, mille tulemuseks on suurenenud moonutused. Seetõttu tuleks hammasrataste materjalide valikul süsinikusisaldust mõistlikult kontrollida vastavalt konkreetsetele kasutusnõuetele.
2. Legeerelemendid
Legeerivad elemendid mõjutavad oluliselt ka hammasratta kuumtöötluse moonutusi. Mõned sulamielemendid, nagu C, Mn, Ni, Cr, Mo jne, võivad suurendada kõvastuvust, kuid samuti suurendada moonutustendentsi. Muud sulamielemendid nagu Cr, Mn, Mo, Si, Ni, Ti jne aitavad moonutusi vähendada. Seda peamiselt seetõttu, et need elemendid võivad mõjutada terase mikrostruktuuri, mõjutades seeläbi pinge jaotust ja moonutusi kuumtöötlemise ajal.
3. Karastavus
Karastuvus on hammasrataste materjalide oluline jõudlusnäitaja, mis määrab, kas hammasratas suudab karastamise käigus saada ühtlase martensiitstruktuuri. Mida suurem on karastatavus, seda suuremad moonutused, mida hammasratas kustutamisel tekitab. Selle põhjuseks on asjaolu, et suure kõvenevusega materjalide karastamise protsessis on austeniidi martensiidiks muutumise kiirus kiire ja mahumuutus on suur, mille tulemuseks on suurenenud moonutused. Seetõttu tuleks hammasrataste materjalide valimisel karastavust mõistlikult kontrollida vastavalt konkreetsetele kasutusnõuetele.
4. Hammasratta disain
Hammasratta disainikujul ja suurusel on samuti oluline mõju selle kuumtöötlemise moonutustele. Konstruktsioonivead, nagu asümmeetriline kuju, halb ristlõike ühtlus, kodarate halb jäikus ja protsessiaukude vale paigutus, suurendavad hammasrataste kuumtöötluse moonutusi. Seetõttu tuleks hammasrataste projekteerimisel kasutada sümmeetrilisi kujundeid, ühtseid ristlõikeid ja protsessiavade mõistlikke asukohti, et vähendada kuumtöötluse moonutusi.
5. Mikrostruktuuri ebahomogeensus
Terase mikrostruktuuriline heterogeensus on samuti üks olulisi tegureid, mis põhjustab hammasrataste kuumtöötluse moonutusi. Ebahomogeenne mikrostruktuur hõlmab jämedat kudet, suurt segregatsiooni ja retikulaarset kudet jne. Need defektid suurendavad summutusprotsessi ajal moonutusi. Seetõttu tuleks hammasrataste materjalide ettevalmistamise käigus need mikrostruktuurilised vead võimalikult suurel määral kõrvaldada, et saada ühtlane ja peen mikrostruktuur.
6. Bändi organiseerimine ja eraldamine
Ribade struktuur ja segregatsioon on terase üks levinumaid defekte ning neil on oluline mõju ka hammasrataste kuumtöötlemise moonutustele. Ribaline struktuur on tekkinud legeerelementide ebaühtlase jaotumise tõttu terases, mis toob kaasa ebaühtlase pingejaotuse karastusprotsessi ajal, suurendades seeläbi moonutusi. Segregatsioon tekib terase tahkestumise ajal lahustunud elementide ümberjaotumise tõttu, mis põhjustab käigukasti materjali ebaühtlast jõudlust, mõjutades seeläbi kuumtöötluse moonutusi.
7. Pidevvalu tooriku kuju
Pidevalt valatud tooriku kuju mõjutab ka hammasrataste kuumtöötluse moonutusi. Kandilise pidevvalu tooriku kujuga hammasrataste kuumtöötlemise moonutused on suhteliselt ühtlased, ristkülikukujulise pidevvalu tooriku kujuga hammasrataste kuumtöötlemise moonutused on aga ilmse suundumusega. Seda peamiselt seetõttu, et erineva kujuga pidevvalu toorikud tekitavad jahutusprotsessis erineva pingejaotuse, mõjutades seega kuumtöötlemise moonutusi.
8. Oluline tera suurus
Sisemine tera suurus viitab austeniitses olekus oleva terase terade suurusele. Mida peenem on sisemine tera suurus, seda moonutuste suurus pärast käigu kustutamist väheneb vastavalt. Selle põhjuseks on asjaolu, et peeneteralise terase mahu muutus austeniidist martensiidiks karastamise ajal on suhteliselt väike, vähendades seeläbi moonutusi. Seetõttu tuleks hammasrataste materjalide ettevalmistamisel kasutada võimalikult palju peeneteralist terast.
9. Tooriku originaalstruktuur
Hammasratta tooriku algne struktuur mõjutab oluliselt ka selle kuumtöötlemise moonutusi. Kui tooriku algne struktuur on ebaühtlane, põhjustab see kuumtöötlemise ajal hammasrattas ebaühtlast pingejaotust, suurendades seeläbi moonutusi. Seetõttu tuleks hammasrataste tooriku ettevalmistamise käigus võimalikult suurel määral kõrvaldada algse struktuuri ebahomogeensus, et saada ühtlane ja peen originaalstruktuur.
10. Sepistamisprotsess
Sepistamisprotsessil on oluline mõju ka hammasrataste kuumtöötluse moonutustele. Täielik sepistamine aitab vähendada moonutusi, eriti mõistliku metallist sujuva struktuuri moodustumist pärast sepistamist, mis võib vähendada kuumtöötluse moonutusi. Mõistlik sepistamine võib ka vähendada sepistatud tooriku segregatsiooni, muuta struktuuri ühtlaseks, parandada riba struktuuri ja aidata vähendada kuumtöötlemise moonutusi. Kui aga kuumutustemperatuur on sepistamise ajal ebaühtlane, deformatsiooniaste on ebaühtlane või lõplik sepistamistemperatuur on kõrge, põhjustab see hammasratta kuumtöötluse moonutuste suurenemist.
11. Ettevalmistav kuumtöötlus
Lõpliku kuumtöötlemise moonutuste vähendamisel on oluline roll hammasrataste tooriku eelkuumtöötlemisel. Tavalise normaliseerimise kasutamisel on kuumtöötluse moonutused suhteliselt suured; isotermilise normaliseerimise või karastamise ja karastamise kasutamisel saab kuumtöötluse moonutusi vähendada. Selle põhjuseks on asjaolu, et isotermiline normaliseerimine ning karastamine ja karastamine võivad parandada terase mikrostruktuuri, muutes selle ühtlasemaks ja peenemaks, vähendades seeläbi kuumtöötluse moonutusi.
12. Karastus- ja jahutusprotsess
Jahutus- ja jahutusprotsessid on võtmelülid hammasrataste kuumtöötluse moonutuste tekitamisel. Kustutusprotsessi ajal on palju tegureid, mis põhjustavad moonutusi selliste tegurite tõttu nagu suured muutused koe erimahus, kõrged kuumutamistemperatuurid ja intensiivne jahutamine. Mida kiirem on jahutuskiirus, seda tõsisem on ebaühtlane jahutus ja seda olulisem on kõveruse moonutamine. Lisaks on moonutustega seotud ka summutava jahutusaine tüüp, jahutusvõime, kõvenevus jne. Seetõttu tuleks karastus- ja jahutusprotsesside ajal selliseid parameetreid nagu kuumutamistemperatuur, jahutuskiirus ja kustutava jahutusaine tüüp mõistlikult kontrollida, et vähendada kuumtöötluse moonutusi.
Hammasratta kuumtöötluse moonutused on mitme teguri tagajärg. Kuumtöötlemise moonutuste vähendamiseks tuleks võtta kõikehõlmavaid meetmeid selle kontrollimiseks, alustades materjali valikust, ülekande konstruktsioonist, mikrostruktuuri juhtimisest, sepistamisprotsessist, eelkuumtöötlemisest ning karastus- ja jahutusprotsessidest. Ainult nii saab kuumtöötlusprotsessi ajal tagada hammasrataste hea jõudluse ja kvaliteedi.
