1/2013
TriboTechnika
Mikropulzní plazmové
tepelné zpracování
V průběhu posledních 15 let můžeme sledovat konstatní nárůst požadavků na obrábění
po cementaci (zejména broušení stěn zubů). Náklady na toto opracování po tepelném
zpracování se mohou vyšplhat až na 40 % celkových výrobních nákladů na produkt. že je požadováno dosažení vysoké kvality povrchu a přísné rozměrové tolerance.
Průmysl převodů a ozubených
kol přistupuje k tomuto problému s různými strategiemi. Tlak
na snižování nákladů neovlivňuje pouze proces opracování, ale
také podněcuje vyhledávání nových výhod tepelného zpracování
a stimuluje vývoj nových technologií cementace (jako například
nízkotlakou cementaci s kalením
přetlakem plynu). Každopádně
tyto technologie vyžadují vysoké teploty a martenzitickou přeměnu pro to, aby bylo dosaženo
vyšší tvrdosti a meze únavy. Oba
factory – vysoká teplota v kombinaci s prudkým ochlazením a objemové změny při martenzitické
tranformaci – vedou k významným deformacím a proto vyžadují
nevyhnutelně obrábění v případě,
Pevnostní odolnost – kořen zubu
Nitridace je vytvrzovací proces který spočívá
v mechanizmu precipitačního vytvrzování. Kromě toho, nitridace probíhá za poměrně nízkých
teplot v rozmezí 580 až 600 °C a není potřeba
následného rychlého zchlazení fluidním médiem. Plazmová nitridace je speciální formou
nitridace, kde je nezbytný volný dusík generován fyzikálním procesem (nízkotlakou plazmou),
zatímco disociace kyanatanů při nitridaci v solné lázni nebo čpavku při nitridaci v plynu jsou
chemickou reakcí. Tento rozdíl při generování
volného dusíku má několik následných výhod,
jako například:
• Ohleduplný přístup k životnímu prostředí (zelený proces): 2 700 plazmových nitridačních pecí vyprodukuje méně CO/CO2 než
jedna plynová nitridační pec
σFlim
600
500
400
300
200
100
0
Ind. H.
GN
CH
Ind. H …. indukční kalení, kalení plamenem
GN …….. plynová nitridace
CH …….. cementace
PN
RÜ
Pevnostní odolnost – úbočí zubu σHlim
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Ind. H.
GN
CH
PN
RÜ
PN ……... Thesis Schlötermann (1988)
RÜ ......... Rübig SIR výsledky
Hodnoty sil pevnostní odolnosti dle ISO 6336-5:2003 v N/mm2 v závislosti na tepelném zpracování
a kvalitě oceli
30
TriboTechnika
• Jednoduší integrace do výrobního procesu: žádný otevřený oheň, prakticky žádný
odpadní plyn
• Vysoká přesnost a stabilita procesu: přispěním nízkovýkonové plazmy užívané u pulzních plazmových nitridačních pecí s technologií teplé stěny (ve srovnání se zařízeními
se studenou stěnou a DC plazmou) je distribuce tepla velmi dobrá a s vynikající rovnoměrností a take proto jsou výsledky nitridace
vynikající.
• Nižší spotřeba plynu: spotřeba plynu u plazmové nitridační pece je nejméně 50 krát nižší
než u plynové nitridační pece.
únavové hodnoty. Vývojovým cílem bylo získat věrohodné údaje pro zkoušky PREN a ohybové únavové zkoušky pro průmysl převodů
a ozubených kol. První zkoušky byly prováděny
s různými kombinacemi nitridace/materiál nakombinovaných válcovacích/posuvných testovacích lavicích stejně tak jako byly prováděny testy ohybu. Pak byly vytvořeny “wöhler
křivky” pro PREN a ohyb kořene zubů na FZG
institutu v Mnichově.
Únavové hodnoty pro nitridované oceli jsou
ve stejném rozmezí jako porovnatelné vzorky
cementovaných materiálů. Výsledky nitridovaných ocelí s vysokým zbytkovým pnutím předčily
inovativní
tradiční
hodnoty cementovaných
Surový materiál/opracování (kování)
vzorků. Doposud jsme nebyli schopni určit jakýkoliv
Soustružení
rozdíl v hodnotách ohyvýroba ozubení (dokončovací práce)
bové životnosti, který by
se vztahoval ke spojovaDokončovací práce
cí bíle vrstvě nebo mikrostruktuře v difúzní zóně.
Cementace
plazmová nitridace
To může být způsobeno
Obrábění
i faktem, že všechny vzorky byly, pouze pro údaOmílání (otryskání)
je uveřejněné v literatuře, nitridovány s tenkou
nebo žádnou spojovací
vyrobené ozubené (převodové) kolo
bílou vrstvou a s prakticKomerční výhody – méně mechanické opracování v porovnání s cementací
ky žádnou viditelnou precipitací v difúzní zóně.
• Možnost i částečné nitridace povrchu pomocí mechanického zakrytí: není potřeba
Ekonomický přínos
používat ochranné pasty s obsahem mědi
Proces plazmové nitridace způsobuje pouze velpro ochranu částí dílů, které nemají být nitmi malé deformace. Proto je zde velký potenciál
ridovány.
pro nahrazení cementování plazmovou nitridací,
což povede k redukci celkových nákladů na výrobu ozubených a převodových kol.
Nicméně pro plazmovou nitridaci nejsou v mezinárodních normách, jako např. ISO 6336Text: Tomáš Kara-Ivanský. boki-TZ
5:2003 nebo DIN 3990-5, stanovena data pro
Ruebig GmbH&Co.KG
english abstract
New Environmental-Friendly Applications of the Micropuls
Plasma Heat Treatment Technology in the field of Engine, transmission and Powetrain Engineering. Decreasing of the manufacturing costs.
31
1/2013
Download

Mikropulzní plazmové tepelné zpracování