Dişliler için Karbürleme Isıl İşlemi: Mukavemeti, Dayanıklılığı ve Performansı Artırma

Modern güç aktarım sistemlerinde, dişlilerin yüksek tork, sürekli dönüş, ağır yükler, dalgalanan hızlar ve uzun çalışma döngüleri gibi aşırı koşullar altında çalışması beklenir. Geleneksel alaşımlı çelikler, iyi içsel sertliğe sahip olsalar bile, yüzeyde hasar, diş çukurlaşması, aşınma, yıpranma ve yorulma çatlakları olmadan bu kadar zorlu uygulamalara genellikle dayanamazlar. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, ısıl işlem dişli imalatında önemli bir adım haline gelir ve tüm yöntemler arasında,karbürlemeEn etkili yüzey sertleştirme işlemlerinden biri olarak öne çıkmaktadır.

Karbonlama (veya yüzey sertleştirme), çelik dişlilerin yüzey katmanına yüksek sıcaklıkta karbon eklenmesini sağlayan bir metalurjik tekniktir. Su verme işleminden sonra, yüzey sert bir martensitik tabakaya dönüşürken, çekirdek tokluğunu ve darbe direncini korur. Bu kombinasyon, dışı sert, içi dayanıklı bir yapı sağlar. Bu nedenle karbonlanmış dişliler otomotiv şanzımanlarında, endüstriyel dişli kutularında, ağır makinelerde, madencilik ekipmanlarında, havacılık tahrik sistemlerinde ve robotikte yaygın olarak kullanılmaktadır.

Karbürleme nedir?

Karbürleme, tipik olarak 880°C – 950°C arasındaki sıcaklıklarda gerçekleştirilen, difüzyona dayalı bir ısıl işlemdir. Bu işlem sırasında dişliler, karbonca zengin bir atmosferde ısıtılır. Karbon atomları çeliğin yüzey katmanına difüzyon yoluyla girerek karbon içeriğini artırır. Gerekli süre boyunca bekletildikten sonra, dişliler sertleştirilmiş martensitik bir tabaka oluşturmak için hızla soğutulur.

Karbon penetrasyonunun derinliğine kasa derinliği denir ve sıcaklık, bekleme süresi ve karbon potansiyeli değiştirilerek kontrol edilebilir. Genellikle hedef kasa derinliği, uygulamaya, dişli boyutuna ve gerekli yük kapasitesine bağlı olarak 0,8 mm ile 2,5 mm arasında değişir.

Dişlilerin Karbonlama İşlemine Neden İhtiyaç Duyulur?

Karbonlama sadece sertliği artırmakla kalmaz; gerçek çalışma koşullarında performansı da önemli ölçüde iyileştirir. Başlıca faydaları şunlardır:

1. Yüksek Aşınma Direnci
   Sertleştirilmiş yüzey, aşındırıcı aşınmayı, çukurlaşmayı, mikro pul pul dökülmeyi ve yüzey yorgunluğu hasarını önler.

2. Daha Yüksek Yük Taşıma Kapasitesi
   Karbonlanmış dişliler, deforme olmadan daha ağır yükleri taşıyabilir ve daha yüksek tork iletebilir.

3. Geliştirilmiş Diş Bükme Mukavemeti
   Yumuşak ve esnek iç kısım, şoku ve darbeyi emerek diş kırılma riskini azaltır.

4. Üstün Yorgunluk Yaşamı
   Karbonlama işlemine tabi tutulmuş dişliler, yüksek çevrim koşullarında on binlerce saat çalışabilir.

5. Sürtünmenin ve Isı Üretiminin Azaltılması
   Daha yumuşak dişli geçişi, daha sessiz ve daha enerji verimli bir şanzıman sağlar.

Bu avantajlar nedeniyle, karbürleme standart ısıl işlem haline gelmiştir.otomotivdişliler, özellikle dekonik dişlilerHelisel dişliler, halka dişliler, diferansiyel dişliler ve transmisyon milleri.

Karbonlama İşlemi Adım Adım

Tam bir karbonlama işlemi, her biri nihai performansı etkileyen çeşitli aşamalardan oluşur:

1. Ön Isıtma ve Östenitleştirme

Dişliler, çeliğin östenite dönüştüğü karbürleme sıcaklığına kadar ısıtılır. Bu yapı, karbonun kolayca yayılmasına olanak tanır.

2. Karbon Difüzyonu ve Kasa Oluşumu

Dişliler karbonca zengin bir ortamda (gaz, vakum veya katı karbonlama maddesi) tutulur. Karbon atomları içeri doğru yayılır ve soğutma işleminden sonra sertleştirilmiş bir tabaka oluşturur.

3. Söndürme

Hızlı soğutma, yüksek karbonlu yüzey katmanını son derece sert ve aşınmaya dayanıklı martensit'e dönüştürür.

4. Tavlama

Sertleştirme işleminden sonra, kırılganlığı azaltmak, tokluğu artırmak ve mikroyapıyı stabilize etmek için temperleme gereklidir.

5. Son İşleme / Taşlama

Isıl işlem görmüş dişliler, doğru diş geometrisi, düzgün temas deseni ve optimum gürültü kontrolü elde etmek için genellikle son taşlama veya alıştırma işlemine tabi tutulur.

Dişliler için Karbonlama Çeşitleri

Çeşitli karbonlama teknolojileri geliştirilmiştir ve her birinin kendine özgü avantajları vardır.

Aralarında,vakumlu karbürlemeDüzgün kasa dağılımı, çevre dostu olması ve düşük deformasyon oranı nedeniyle hassas dişlilerde giderek daha çok tercih edilmektedir.

Karbonlama için Malzeme Seçimi

Tüm çelikler karbonlama işlemine uygun değildir. İdeal malzemeler, iyi sertleşebilirlik ve çekirdek dayanıklılığına sahip düşük karbonlu alaşımlı çeliklerdir.

Yaygın karbürleme çelikleri:

• 16MnCr5

• 20CrMnTi

• 8620 / 4320 Çelik

• 18CrNiMo7-6

• SCM415 / SCM420

Bu çelikler, güçlü ve esnek bir çekirdeği korurken derinlemesine yüzey sertleştirmesine olanak tanır; bu da ağır hizmet tipi dişliler için mükemmeldir.

Karbonlanmış Dişlilerde Kalite Faktörleri

İstikrarlı bir performans elde etmek için, çeşitli kritik faktörlerin kontrol edilmesi gerekir:

1. Yüzey karbon konsantrasyonu

2. Etkin vaka derinliği (ECD)

3. Tutulan östenit seviyesi

4. Bozulma ve boyutsal kararlılık

5. Sertlik homojenliği (yüzeyde 58–62 HRC)

İyi kontrol edilen bir karbonlama işlemi, dişlilerin minimum bakım gereksinimiyle yıllarca güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlar.

Karbonlanmış Dişlilerin Uygulamaları

Karbonlama, güvenilirlik, hassasiyet ve yüksek yük taşıma kapasitesinin esas olduğu endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır:

• Otomotiv şanzımanları ve diferansiyel sistemleri

• Traktör, madencilik ve ağır iş ekipmanları

• Robotik ve otomasyon ekipmanları

• Rüzgar türbini dişli kutuları

• Havacılık tahrik sistemleri ve türbin şanzımanları

• Deniz tahrik sistemleri

Dişlilerin darbelere, basınca ve uzun süreli dönme stresine dayanması gereken her yerde, karbürleme en güvenilir çözümdür.

Karbürleme ısıl işlemi, sıradan çelik dişlileri zorlu ortamlara dayanabilen yüksek performanslı bileşenlere dönüştürür. Bu işlem, yüzeyi aşınmaya ve yorulmaya karşı güçlendirirken, darbelere karşı dayanıklılık için sağlam bir iç çekirdeği korur. Makineler daha yüksek güç yoğunluğu ve verimliliğe doğru evrildikçe, karbürlenmiş dişliler modern mühendislik ve güç aktarım sistemlerinde önemli bir teknoloji olmaya devam edecektir.