คุณจะทำกรณี Harden Steel ได้อย่างไร? วิธีการ ขั้นตอน และเคล็ดลับ

การชุบแข็งแบบเคสมีผลกับเหล็กจริง ๆ อย่างไร

การชุบแข็งเคสเป็นกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนที่ทำให้พื้นผิวด้านนอกของชิ้นส่วนเหล็กแข็งขึ้น ขณะเดียวกันก็รักษาแกนด้านในให้แข็งแรงและเหนียว ผลลัพธ์ที่ได้คือส่วนประกอบที่ทนทานต่อการสึกหรอและความล้าของพื้นผิวด้านนอก แต่สามารถดูดซับแรงกระแทกและความเครียดได้โดยไม่แตกร้าวจากด้านใน การผสมผสานนี้เป็นสิ่งที่ส่วนประกอบการตีเหล็กและการตัดเฉือนต้องการในการใช้งานที่มีความต้องการสูง เช่น เกียร์ เพลาลูกเบี้ยว เพลา และเครื่องมือตัด

ชั้นนอกที่แข็งตัว — เรียกว่า “เคส” โดยทั่วไปจะมีตั้งแต่ ความลึก 0.1 มม. ถึงมากกว่า 3 มม ขึ้นอยู่กับวิธีการใช้และเวลาเปิดรับแสง แกนกลางยังคงค่อนข้างอ่อน โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 20–40 HRC ในขณะที่ตัวเรือนสามารถเข้าถึงได้ 58–65 เหล็กแผ่นรีดร้อน ในกระบวนการที่มีการควบคุมอย่างดี โครงสร้างแบบโซนคู่นี้ไม่สามารถทำได้ผ่านการชุบแข็งแบบทะลุผ่านเพียงอย่างเดียว ทำให้การชุบแข็งเคสเป็นเทคนิคที่แตกต่างและใช้งานได้จริงในการตีและการผลิตเหล็กกล้า

ควรทำความเข้าใจว่าเหล็กบางชนิดไม่ตอบสนองต่อการชุบแข็งของตัวเรือนเท่ากัน เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (คาร์บอน 0.1%–0.3%) เป็นเหล็กกล้าที่ผ่านการชุบแข็งโดยทั่วไปมากที่สุด เนื่องจากแกนของพวกมันยังคงมีความเหนียวหลังการบำบัด เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางสามารถบำบัดได้ แต่โดยทั่วไปแล้วเหล็กกล้าคาร์บอนสูงมักจะผ่านการชุบแข็งแทน เนื่องจากแกนของพวกมันมีความสามารถในการรับความแข็งสูงอยู่แล้ว

วิธีการหลักที่ใช้ในการชุบแข็งเหล็ก

มีวิธีการที่กำหนดไว้หลายวิธีสำหรับการชุบแข็งกล่องเหล็ก ซึ่งแต่ละวิธีเหมาะกับวัสดุที่แตกต่างกัน ข้อกำหนดความลึกของกล่อง และสภาพแวดล้อมการผลิต การเลือกสิ่งที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับฐานโลหะผสมของเหล็ก ความแข็งของพื้นผิวที่ต้องการ ความคลาดเคลื่อนของขนาด และอุปกรณ์ที่มีอยู่

คาร์บูไรซิ่ง

การทำคาร์บูไรซิ่งเป็นวิธีการชุบแข็งกรณีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับส่วนประกอบการตีเหล็ก กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการนำเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำไปสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยคาร์บอนที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไป 850°C ถึง 950°C (1560°F ถึง 1740°F) — นานพอที่จะให้คาร์บอนกระจายสู่พื้นผิว เมื่อดูดซับคาร์บอนได้เพียงพอแล้ว ชิ้นส่วนจะถูกดับเพื่อล็อคไว้ในกล่องที่แข็งตัว

คาร์บูไรซิ่งมีสามรูปแบบทั่วไป:

• ก๊าซคาร์บูไรซิ่ง: ชิ้นส่วนจะถูกวางไว้ในเตาเผาที่มีบรรยากาศก๊าซที่มีคาร์บอน ซึ่งโดยปกติจะเป็นก๊าซดูดความร้อนที่เสริมด้วยก๊าซธรรมชาติหรือโพรเพน นี่เป็นวิธีการควบคุมและปรับขนาดได้มากที่สุด ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์และการตีเหล็ก
• บรรจุคาร์บูไรซิ่ง: ชิ้นส่วนเหล็กบรรจุในภาชนะที่มีวัสดุคาร์บอนแข็ง (เช่นถ่านผสมกับแบเรียมคาร์บอเนต) และให้ความร้อนเป็นเวลาหลายชั่วโมง นี่เป็นวิธีการแบบเทคโนโลยีต่ำที่ยังคงใช้ในโรงงานขนาดเล็กหรือสำหรับรูปทรงที่ไม่ปกติ
• คาร์บูไรซิ่งเหลว (อ่างเกลือ): จุ่มชิ้นส่วนไว้ในอ่างเกลือที่มีไซยาไนด์หลอมเหลว รวดเร็วและมีประสิทธิภาพแต่เกี่ยวข้องกับสารเคมีอันตราย ดังนั้นจึงลดการใช้งานลงเนื่องจากข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัย

วงจรการเติมคาร์บอนด้วยแก๊สโดยทั่วไปเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย ความลึกของตัวเรือน 1 มม บนเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำเช่น AISI 8620 ใช้เวลาประมาณ 8–10 ชั่วโมงที่ 930°C หลังจากคาร์บูไรซิ่ง ชิ้นส่วนจะถูกทำให้เย็นลงในน้ำมันหรือน้ำ จากนั้นจึงทำให้อุณหภูมิอยู่ที่ 150°C–200°C เพื่อบรรเทาความเครียดในการดับในขณะที่ยังคงความแข็งของพื้นผิวไว้สูงกว่า 60 HRC

ไนไตรดิ้ง

ไนไตรดิ้งนำไนโตรเจนเข้าสู่พื้นผิวเหล็กแทนที่จะเป็นคาร์บอน ทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่ามาก — 480°C ถึง 590°C (900°F ถึง 1,095°F) — ซึ่งหมายความว่ามีการบิดเบือนน้อยที่สุดและไม่จำเป็นต้องดับลง ทำให้ไนไตรดิ้งเหมาะสมเป็นพิเศษสำหรับส่วนประกอบที่มีความแม่นยำและชิ้นส่วนสำเร็จรูปที่ซึ่งความแม่นยำของขนาดเป็นสิ่งสำคัญ

กรณีที่ได้จะตื้นกว่าการเติมคาร์บูไรซิ่ง (โดยทั่วไป 0.1 มม. ถึง 0.6 มม ) แต่ค่าความแข็งผิวสามารถเกินได้ เทียบเท่ากับ 70 HRC (1100 HV) ในโลหะผสมเหล็กที่มีธาตุไนไตรด์ เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม อะลูมิเนียม และวาเนเดียม เกรดไนไตรด์ทั่วไป ได้แก่ เหล็ก AISI 4140, 4340 และไนตรัลลอย

แก๊สไนไตรดิ้งใช้แอมโมเนียที่แยกออกจากกันในเตาเผา พลาสมา (ไอออน) ไนไตรดิ้งใช้การปล่อยแสงด้วยไฟฟ้าเพื่อแนะนำไนโตรเจน และสามารถรักษารูปทรงที่ซับซ้อนได้สม่ำเสมอมากขึ้น การทำไนไตรดิ้งด้วยเกลือ (เฟอร์ริติกไนโตรคาร์บูไรซิ่ง) ทำได้เร็วกว่าและเพิ่มทั้งความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานการกัดกร่อน

การแข็งตัวแบบเหนี่ยวนำ

การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำไม่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายของสารเคมี แต่จะใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อนอย่างรวดเร็วแก่พื้นผิวของชิ้นส่วนเหล็กให้สูงกว่าอุณหภูมิออสเทนไนซ์ แล้วตามด้วยการชุบแข็งทันที กระบวนการนี้รวดเร็วมาก - อาจเกิดความร้อนที่พื้นผิวได้ 1 ถึง 10 วินาที — และก่อให้เกิดเคสมาร์เทนซิติกชนิดแข็งโดยไม่ส่งผลกระทบต่อแกนกลาง

วิธีการนี้ต้องใช้เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง (คาร์บอน 0.35%–0.55%) หรือเหล็กกล้าอัลลอยด์ที่มีคาร์บอนเพียงพอที่จะก่อตัวเป็นมาร์เทนไซต์เมื่อทำการชุบแข็ง โดยทั่วไปจะใช้กับเพลา เกียร์ เพลาข้อเหวี่ยง และส่วนประกอบรางในอุตสาหกรรมตีเหล็กและยานยนต์ โดยทั่วไปความลึกของเคสจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1 มม. ถึง 6 มม ขึ้นอยู่กับความถี่ที่ใช้และเวลาในการทำความร้อน

ความถี่เหนี่ยวนำที่สูงขึ้นทำให้เกิดกรณีตื้นขึ้น ความถี่ต่ำจะเจาะลึกยิ่งขึ้น ความถี่ 10 kHz อาจมีขนาดเคส 3–5 มม. ในขณะที่ความถี่ 200 kHz อาจสูงถึง 0.5–1 มม. เท่านั้น โดยทั่วไปความแข็งจะถึง 55–62 เหล็กแผ่นรีดร้อน บนเหล็กที่คัดสรรมาอย่างดี

การแข็งตัวของเปลวไฟ

การชุบแข็งด้วยเปลวไฟใช้เปลวไฟออกซีอะเซทิลีนหรือออกซีโพรเพนโดยตรงเพื่อให้ความร้อนแก่พื้นผิวเหล็กอย่างรวดเร็ว ตามด้วยการดับด้วยน้ำ เป็นหนึ่งในวิธีการชุบแข็งพื้นผิวแบบเลือกสรรที่เก่าแก่ที่สุด และไม่ต้องใช้อุปกรณ์เตาเผาแบบพิเศษ เทคนิคนี้ใช้ได้กับเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางและโลหะผสม และมักนำไปใช้กับชิ้นส่วนขนาดใหญ่หรือเทอะทะ เช่น การตีขึ้นรูปขนาดใหญ่ ทางเดินของเครื่องจักร และเฟืองโซ่ ซึ่งไม่สามารถใส่ภายในเตาเผาหรือขดลวดเหนี่ยวนำได้ง่าย

ความลึกของเคสที่มีการชุบแข็งด้วยเปลวไฟมีตั้งแต่ 1.5 มม. ถึง 6 มม และค่าความแข็งได้ 50–60 HRC อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้สามารถควบคุมได้น้อยกว่าการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ และการบรรลุความลึกของตัวเรือนที่สม่ำเสมอในรูปทรงที่ซับซ้อนนั้นต้องใช้ผู้ปฏิบัติงานที่มีทักษะ

ไซยาไนด์และคาร์โบไนไตรด์

คาร์บอนไนไตรด์จะนำทั้งคาร์บอนและไนโตรเจนเข้าสู่พื้นผิวเหล็กพร้อมกันที่อุณหภูมิ 700°C ถึง 900°C . มักถูกพิจารณาว่าเป็นลูกผสมของคาร์บูไรซิ่งและไนไตรด์ การมีอยู่ของไนโตรเจนจะช่วยลดความรุนแรงของการดับที่ต้องการ ลดการบิดเบือน และปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็ง โดยทั่วไปความลึกของเคสจะตื้นกว่าการเติมคาร์บูไรซิ่งเต็ม — 0.07 มม. ถึง 0.75 มม — และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับชิ้นส่วนบาง ตัวยึด และเฟืองขนาดเล็ก

ไซยาไนด์ใช้อ่างโซเดียมไซยาไนด์เหลวเพื่อแนะนำคาร์บอนและไนโตรเจนไปพร้อมๆ กัน แม้ว่าเกลือไซยาไนด์จะมีประสิทธิภาพและรวดเร็ว แต่ธรรมชาติที่เป็นพิษของเกลือไซยาไนด์ทำให้วิธีการนี้ล้าสมัยไปมากในประเทศส่วนใหญ่เนื่องมาจากกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อม

กระบวนการคาร์บูไรซิ่งเหล็กทีละขั้นตอนที่บ้านหรือในร้านค้า

สำหรับผู้ที่ทำงานนอกสถานที่ทางอุตสาหกรรม เช่น ในโรงตีเหล็ก ร้านขายเครื่องจักรขนาดเล็ก หรือโรงตีเหล็กที่บ้าน การทำคาร์บูไรซิ่งแบบแพ็คเป็นวิธีที่เข้าถึงได้มากที่สุด ต่อไปนี้เป็นคำแนะนำเชิงปฏิบัติของกระบวนการนี้

1. เลือกเหล็กให้เหมาะสม ใช้เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ เช่น 1018, 1020 หรือ A36 เหล็กกล้าคาร์บอนสูงไม่ได้รับประโยชน์จากการเติมคาร์บอนในลักษณะเดียวกัน เหล็กแท่งปลอมที่ทำจากเกรดคาร์บอนต่ำเป็นวัสดุตั้งต้นทั่วไป
2. ทำความสะอาดชิ้นส่วนให้สะอาด ขจัดน้ำมัน ตะกรัน สนิม และการปนเปื้อนทั้งหมดออกจากพื้นผิว สารปนเปื้อนทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการแพร่กระจายของคาร์บอน และสร้างความลึกของเคสที่ไม่สม่ำเสมอ
3. เตรียมสารประกอบคาร์บูไรซิ่ง ผสมถ่านไม้เนื้อแข็ง (บดเป็นชิ้นขนาด 6–12 มม.) กับเครื่องเพิ่มพลังคาร์บอเนต — แบเรียมคาร์บอเนตที่ 10–20% โดยน้ำหนักเป็นแบบดั้งเดิม แม้ว่าแคลเซียมคาร์บอเนต (ผงหินปูน) จะเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยกว่าก็ตาม คาร์บอเนตทำปฏิกิริยากับคาร์บอนมอนอกไซด์ในภาชนะเพื่อผลิตCO₂ ซึ่งจะหมุนเวียนกลับไปเป็น CO และรักษาบรรยากาศที่อุดมด้วยคาร์บอน
4. บรรจุภาชนะ วางชิ้นส่วนไว้ในกล่องโลหะหรือภาชนะปิดสนิท (เหล็กหล่อหรือเหล็กหนา) บรรจุสารประกอบถ่านไว้รอบๆ ชิ้นส่วน โดยต้องมีส่วนผสมอย่างน้อย 25 มม. ทุกด้าน ปิดฝาด้วยซีเมนต์ทนไฟหรือดินเผาเพื่อลดการหลบหนีของก๊าซ
5. ความร้อนในเตาเผา วางภาชนะที่บรรจุไว้ในเตาแล้วนำไปที่ 900°C–950°C (1650°F–1740°F) . รักษาอุณหภูมินี้ตามระยะเวลาแช่ที่ต้องการ ตามแนวทางคร่าวๆ จะใช้เวลา 1 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 900°C ทำให้เกิดความลึกของตัวเรือนประมาณ 0.25 มม. 8 ชั่วโมงจะได้ความหนาประมาณ 1 มม.
6. ดับส่วนนั้น นำชิ้นส่วนออกจากกล่องในขณะที่ยังร้อนอยู่และดับทันทีด้วยน้ำมัน (น้ำมันเครื่องหรือน้ำมันดับ) การดับน้ำเร็วขึ้นแต่เพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกร้าว การชุบน้ำมันเหมาะสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำส่วนใหญ่และให้ความแข็งของตัวเรือนอยู่ที่ 58–63 HRC
7. อารมณ์หลังจากดับ อุ่นชิ้นส่วนที่อุณหภูมิ 150°C–200°C (300°F–390°F) เป็นเวลา 1–2 ชั่วโมง เพื่อบรรเทาความเครียดภายในจากการดับ ซึ่งจะช่วยลดความเปราะบางในขณะที่ยังคงรักษาความแข็งของพื้นผิว การข้ามขั้นตอนนี้อาจทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กได้

การทดสอบความแข็งของเคสที่ใช้กันทั่วไปอย่างหนึ่งคือการทดสอบไฟล์ โดยไฟล์ใหม่ที่คมควรหลุดออกจากพื้นผิวโดยไม่ต้องตัดหากเคสแข็งตัวเต็มที่ เพื่อการวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้น การทดสอบความแข็งแบบร็อกเวลล์ (สเกล HRC) หรือการทดสอบความแข็งระดับไมโครของวิคเกอร์สบนหน้าตัดเป็นวิธีมาตรฐาน

การเปรียบเทียบวิธีการชุบแข็งเคส: ภาพรวมที่ใช้งานได้จริง

ตารางด้านล่างสรุปความแตกต่างที่สำคัญระหว่างวิธีการชุบแข็งเคสที่พบบ่อยที่สุด เพื่อช่วยในการเลือกกระบวนการที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่กำหนด

เกรดเหล็กเหมาะที่สุดสำหรับการชุบแข็งเคส

ไม่ใช่เกรดเหล็กทุกเกรดจะตอบสนองต่อการชุบผิวแข็งด้วยวิธีเดียวกัน การเลือกใช้วัสดุฐานมีผลอย่างมากต่อความลึกของเคส ความทนทานของแกน และความเสถียรของขนาดภายหลังการบำบัด ในงานตีเหล็ก การจับคู่เกรดที่ถูกต้องกับกระบวนการชุบแข็งเคสเป็นพื้นฐานของประสิทธิภาพของชิ้นส่วน

เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำสำหรับการทำคาร์บูไรซิ่ง

• เอไอเอส 1018/1020: ทางเลือกที่พบบ่อยและประหยัดที่สุด ใช้สำหรับเพลา หมุด และส่วนประกอบการตีเหล็กทั่วไปที่ต้องการความต้านทานการสึกหรอของพื้นผิว แต่ต้องควบคุมต้นทุน ง่ายต่อการกลึงก่อนการรักษา
• เอไอเอส 8620: เหล็กโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม-โมลิบดีนัมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเกียร์และเพลา มันเติมคาร์บอนได้อย่างน่าเชื่อถือและให้ความเหนียวแกนที่ดีเยี่ยมหลังจากการอบชุบ ทำให้เป็นเกรดมาตรฐานสำหรับการตีเหล็กของส่วนประกอบระบบขับเคลื่อน
• เอไอเอส 9310: ใช้ในการใช้งานเกียร์อากาศยานและงานหนักสมรรถนะสูง นำเสนอความแข็งแกร่งของแกนที่ยอดเยี่ยมและความสามารถในการชุบแข็งของตัวเรือนเนื่องจากมีปริมาณนิกเกิลสูง
• เอไอเอส 4118/4320: เกรดโครเมียม-โมลิบดีนัมที่มีความสามารถในการชุบแข็งได้ดี ใช้ในเกียร์ส่งกำลังและการตีขึ้นรูปที่ต้องการความลึกของตัวเรือนที่ลึกกว่าและต้านทานความล้าได้ดีขึ้น

โลหะผสมเหล็กสำหรับไนไตรด์

• เอไอเอส 4140: เหล็กกล้าโครเมียม-โมลิบดีนัมอเนกประสงค์ที่ตอบสนองต่อแก๊สไนไตรด์ได้ดี มักใช้กับตัวจับยึดเครื่องมือ สปินเดิล และเพลาที่มีความแม่นยำในอุปกรณ์ตีเหล็ก
• เอไอเอส 4340: เหล็กโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม-โมลิบดีนัมที่มีความแข็งแรงสูง หลังจากทำไนไตรด์แล้ว จะได้ส่วนผสมที่ลงตัวระหว่างความแข็งของพื้นผิวและความเหนียวของแกน พบได้ทั่วไปในการตีขึ้นรูปการบินและอวกาศและส่วนประกอบโครงสร้าง
• ไนตรัลลอย 135M: พัฒนาขึ้นมาโดยเฉพาะสำหรับการทำไนไตรด์ โดยมีอะลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบที่ทำให้เกิดไนไตรด์ สร้างค่าความแข็งพื้นผิวสูงสุดบางส่วนที่ทำได้โดยการทำไนไตรดิง ซึ่งมักจะเกิน 1,000 HV

เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางสำหรับการเหนี่ยวนำและการชุบแข็งด้วยเปลวไฟ

• เอไอเอส 1045: เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ พบได้ทั่วไปในเพลา เพลา และการตีขึ้นรูปอุปกรณ์ทางการเกษตร บรรลุ 55–60 HRC บนพื้นผิวหลังการบำบัดแบบเหนี่ยวนำ
• เอไอเอส 4140/4340: ยังเหมาะสำหรับการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำเมื่อดับจากอุณหภูมิพื้นผิวสูง ใช้ในหมุดข้อเหวี่ยง การตีปลอกสว่าน และส่วนประกอบทางวิศวกรรมหนัก
• เอไอเอส 1060/1080: ปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้นทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานกับรางและสปริงที่มีการชุบแข็งด้วยเปลวไฟบนพื้นผิวสัมผัสที่มีการสึกหรอสูง

Case Hardening มีปฏิกิริยาอย่างไรกับ การตีเหล็ก กระบวนการ

ในการผลิตทางอุตสาหกรรม การชุบแข็งเคสมักเป็นการดำเนินการหลังการตีขึ้นรูปเกือบทุกครั้ง การตีเหล็ก ไม่ว่าจะเป็นแม่พิมพ์แบบเปิด แม่พิมพ์แบบปิด (แม่พิมพ์พิมพ์) หรือการตีแบบม้วน จะช่วยปรับปรุงโครงสร้างเกรนของเหล็กและจัดแนวการไหลของเกรนให้สอดคล้องกับรูปทรงของชิ้นส่วน การปรับแต่งเกรนนี้จะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของเหล็กก่อนที่จะใช้การบำบัดความร้อน

หลังจากการตีเหล็ก โดยทั่วไปชิ้นส่วนต่างๆ จะถูกทำให้เป็นมาตรฐานหรืออบอ่อนเพื่อลดความเค้นจากการตีขึ้นรูป จากนั้นจึงกลึงหยาบให้ได้ขนาดที่ใกล้ถึงขั้นสุดท้าย การชุบแข็งเคสจะถูกนำไปใช้ในขั้นตอนนี้ ลำดับมีความสำคัญ: หากชิ้นส่วนได้รับการกลึงจนเสร็จสิ้นก่อนการชุบผิวแข็ง กระบวนการชุบแข็งอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดเล็กน้อย (การบิดเบี้ยว) ซึ่งทำให้ชิ้นส่วนไม่อยู่ในพิกัดความเผื่อ ผู้ผลิตส่วนใหญ่ปล่อยให้การเจียรหรือการตัดเฉือนขั้นสุดท้ายเป็นขั้นตอนสุดท้ายหลังจากการชุบแข็ง

ในการเติมคาร์บอนของการตีขึ้นรูป โครงสร้างเกรนละเอียดที่เกิดขึ้นระหว่างการตีเหล็กจะช่วยจำกัดความแปรปรวนของการแพร่กระจายของคาร์บอน และรองรับความลึกของตัวเรือนที่สม่ำเสมอมากขึ้นในรูปทรงที่ซับซ้อน การตีขึ้นรูปที่มีโครงสร้างเกรนแน่นยังแสดงความต้านทานต่อความล้าได้ดีกว่าในบริเวณการเปลี่ยนผ่านของแกนเคส ซึ่งเป็นจุดที่รอยแตกเมื่อยล้ามักเริ่มต้นภายใต้การโหลดแบบวน

ตัวอย่างเช่น เกียร์เกียร์ของยานยนต์ที่ผลิตผ่านการตีเหล็กแบบปิดด้วยเหล็ก 8620 จะถูกคาร์บูไรซ์เป็นประจำจนมีความลึกของตัวเรือนเท่ากับ 0.8–1.2 มม ดับอารมณ์แล้วจึงกราวด์ให้เสร็จ การผสมผสานระหว่างการตีขึ้นรูปและการทำคาร์บูไรซิ่งทำให้ส่วนประกอบสามารถทนต่อแรงกดจากการสัมผัสที่เกินกว่านั้นได้ 1,500 เมกะปาสคาล รอบการโหลดมากกว่าล้านรอบ - ประสิทธิภาพที่กระบวนการใดเพียงอย่างเดียวไม่สามารถทำได้

การควบคุมความลึกของเคสและความสม่ำเสมอของความแข็ง

ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดประการหนึ่งในการชุบแข็งกรณีคือความลึกของกรณีไม่สอดคล้องกัน สิ่งนี้อาจทำให้เกิดความล้าของพื้นผิวก่อนวัยอันควร การหลุดร่อน หรือการแตกร้าวในการให้บริการ ตัวแปรหลายตัวควบคุมความสอดคล้องของความลึกของเคส และการควบคุมตัวแปรเหล่านั้นคือสิ่งที่แยกการอบชุบด้วยความร้อนที่มีคุณภาพออกจากการปฏิบัติที่ไม่ดี

ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิในเตาเผา

การไล่ระดับของอุณหภูมิภายในเตาเผาจะแปลเป็นการแปรผันของความลึกของเคสในแบตช์โดยตรง ชุดเฟืองที่ผ่านกระบวนการเผาด้วยก การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ±15°C จะเห็นความแตกต่างความลึกของเคส 10–15% ตลอดน้ำหนักบรรทุก โดยทั่วไปแล้วเตาหลอมคาร์บูไรซิ่งที่ใช้ก๊าซอุตสาหกรรมมักถูกกำหนดไว้เพื่อบำรุงรักษา ความสม่ำเสมอ ±5°C ทั่วทั้งโซนการทำงาน การสอบเทียบเทอร์โมคัปเปิลและคุณสมบัติเตาเผา (ตามมาตรฐาน เช่น AMS 2750 หรือ CQI-9) เป็นแนวทางปฏิบัติมาตรฐานในโรงงานบำบัดความร้อนที่มีการควบคุมคุณภาพ

การควบคุมศักยภาพคาร์บอนในการเติมคาร์บอนด้วยแก๊ส

ในการเติมคาร์บอนด้วยแก๊ส ศักยภาพของคาร์บอนในบรรยากาศเตาเผาจะต้องได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง ค่าศักย์คาร์บอนที่สูงเกินไปทำให้เกิดโครงข่ายคาร์ไบด์ที่พื้นผิว - คาร์ไบด์เหล็กที่มีลักษณะคล้ายแผ่นเปราะที่ขอบเกรน ซึ่งช่วยลดอายุความเมื่อยล้าได้อย่างมาก ค่าศักย์คาร์บอนต่ำเกินไปส่งผลให้คาร์บอนบนพื้นผิวไม่เพียงพอและกล่องแข็งไม่เพียงพอ ระบบเตาเผาส่วนใหญ่ใช้โพรบออกซิเจน (โพรบชิมสต็อกหรือโพรบแลมบ์ดา) เพื่อตรวจสอบและปรับศักยภาพคาร์บอนอย่างต่อเนื่อง โดยกำหนดเป้าหมาย คาร์บอนพื้นผิว 0.8%–1.0% สำหรับการใช้งานเกียร์และเพลาส่วนใหญ่

ดับความรุนแรงและการออกแบบฟิกซ์เจอร์

การดับที่ไม่สม่ำเสมอเป็นอีกสาเหตุสำคัญของการบิดเบี้ยวและความแข็งที่ไม่สอดคล้องกัน ชิ้นส่วนที่เข้าสู่กระบวนการดับในทิศทางที่แตกต่างกัน หรือในกรณีที่ตัวกลางดับไหลไม่สม่ำเสมอรอบๆ ชิ้นส่วน จะเย็นตัวลงในอัตราที่ต่างกันและสร้างโครงสร้างจุลภาคที่แตกต่างกันในโซนต่างๆ อุปกรณ์จับยึดที่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมจะยึดชิ้นส่วนไว้อย่างแน่นหนาในระหว่างการดับ และช่วยให้สามารถเข้าถึงสื่อดับได้อย่างสม่ำเสมอในทุกพื้นผิว โดยทั่วไปอุณหภูมิของน้ำมันในระหว่างการดับจะอยู่ที่ 40°C–80°C (100°F–175°F) สำหรับงานตีเหล็กส่วนใหญ่ — น้ำมันเย็นดับรุนแรงเกินไป น้ำมันร้อนดับช้าเกินไป

การตรวจสอบหลังการรักษา

การตรวจสอบผลการชุบแข็งเคสทำได้ผ่านการทดสอบแบบทำลายและไม่ทำลาย การทดสอบแบบทำลายประกอบด้วยการตัดหน้าตัดจากคูปองตัวอย่างที่ประมวลผลด้วยชุดการผลิต จากนั้นจึงวัดความแข็งที่ระดับความลึกที่เพิ่มขึ้นโดยใช้เครื่องทดสอบความแข็งระดับไมโครของ Vickers เพื่อสร้างโปรไฟล์ความแข็ง ความลึกของเคสที่มีประสิทธิภาพหมายถึงความลึกที่ความแข็งลดลง 550 HV (ประมาณ 52 HRC) ตาม ISO 2639 วิธีการแบบไม่ทำลาย ได้แก่ การวิเคราะห์สัญญาณรบกวน Barkhausen แบบแม่เหล็ก และการทดสอบกระแสไหลวน ซึ่งสามารถตรวจจับความผิดปกติของความลึกของเคสและความแข็งของพื้นผิวได้โดยไม่ต้องตัดชิ้นส่วน

ข้อผิดพลาดทั่วไปในการแข็งตัวของเคสและวิธีหลีกเลี่ยง

ความล้มเหลวในการชุบแข็งเคสส่วนใหญ่ในภาคสนามสามารถตรวจสอบย้อนกลับไปที่ข้อผิดพลาดที่สามารถหลีกเลี่ยงได้จำนวนเล็กน้อย การรับรู้ข้อผิดพลาดเหล่านี้ล่วงหน้า ไม่ว่าจะทำงานในโรงผลิตหรือโรงตีเหล็กขนาดเล็ก จะช่วยป้องกันการทำงานซ้ำและการปฏิเสธชิ้นส่วนที่มีค่าใช้จ่ายสูง

• วัสดุฐานไม่ถูกต้อง: การพยายามเติมคาร์บอนให้กับเหล็กกล้าคาร์บอนสูงนั้นมีประโยชน์เพียงเล็กน้อยเท่านั้น และสามารถสร้างโครงข่ายคาร์ไบด์ที่เปราะได้ ตรวจสอบปริมาณคาร์บอนของเหล็กฐานเสมอก่อนเลือกวิธีการชุบแข็งกรณี
• ข้ามอารมณ์: เหล็กชุบแข็งที่ไม่มีการอบคืนตัวอยู่ภายใต้ความเครียดภายในมหาศาล ชิ้นส่วนอาจแตกร้าวได้หลายชั่วโมงหลังจากการดับหากไม่ได้รับการปรับอุณหภูมิทันที ควรอบให้ร้อนภายในไม่กี่ชั่วโมงหลังดับ แม้ว่าจะแช่ที่อุณหภูมิ 160°C เพียง 1 ชั่วโมงก็ตาม
• ความร้อนไม่สม่ำเสมอก่อนดับ: ชิ้นส่วนที่ไม่มีอุณหภูมิออสเทนไนซ์สม่ำเสมอเมื่อดับแล้วจะมีโครงสร้างจุลภาคที่ไม่สม่ำเสมอ ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีเวลาแช่เพียงพอที่อุณหภูมิในการประมวลผลก่อนที่จะดับ ส่วนที่บางอาจต้องใช้เวลาแช่เพียง 15-20 นาทีเท่านั้น การตีขึ้นรูปหนาอาจต้องใช้เวลาหนึ่งชั่วโมงหรือมากกว่านั้น
• การปนเปื้อนพื้นผิว: น้ำมัน จาระบี หรือออกซิเดชันบนพื้นผิวชิ้นส่วนก่อนการเติมคาร์บอนจะทำให้เกิดจุดบอดซึ่งคาร์บอนไม่สามารถแพร่กระจายได้ ชิ้นส่วนต้องล้างไขมันและพ่นทรายหรือทำความสะอาดเล็กน้อยก่อนแปรรูป
• เคสขนาดเล็กสำหรับการสมัคร: เคสบาง (0.2 มม.) บนเกียร์ที่รับน้ำหนักมากจะทะลุผ่านได้ภายใต้แรงกดจากการสัมผัส เผยให้เห็นแกนอ่อนและทำให้เกิดการสึกหรอหรือเป็นรูอย่างรวดเร็ว จับคู่ข้อกำหนดความลึกของเคสกับแรงกดหน้าสัมผัสและโหลดที่ส่วนประกอบจะเห็นในการให้บริการ
• การเติมคาร์บูไรซิ่งมากเกินไป: เวลาหรือศักย์คาร์บอนที่มากเกินไปทำให้เกิดชั้นออสเทนไนต์และคาร์ไบด์สีขาวหนาและเปราะที่พื้นผิว ชั้นนี้สามารถหลุดล่อนได้ ซึ่งจะช่วยลดความเมื่อยล้าได้อย่างมากแทนที่จะปรับปรุงให้ดีขึ้น

การใช้งานที่ส่วนประกอบการตีเหล็กชุบแข็งแบบเคสเป็นมาตรฐาน

การชุบแข็งเคสไม่ใช่การรักษาเฉพาะกลุ่ม มันถูกฝังอยู่ในกระบวนการผลิตมาตรฐานในหลายอุตสาหกรรมที่ต้องอาศัยการตีเหล็กสำหรับส่วนประกอบโครงสร้างและเครื่องจักรกล

• ระบบส่งกำลังและส่วนต่างของยานยนต์: ริงเกียร์ พีเนียน และซันเกียร์ในระบบเกียร์อัตโนมัติหล่อขึ้นจากเหล็ก 8620 หรือ 4320 และคาร์บูไรซ์จนถึงความลึกของตัวเรือน 0.9–1.4 มม. การผสมผสานระหว่างความแข็งของพื้นผิวและความเหนียวของแกนกลางจะจัดการกับความเครียดจากการสัมผัสซ้ำๆ และการรับแรงกระแทกของระบบขับเคลื่อนของยานพาหนะในระยะทางหลายแสนกิโลเมตร
• การตีขึ้นรูปโครงสร้างการบินและอวกาศ: ส่วนประกอบเฟืองลงจอด เพลาแอคชูเอเตอร์ และวารสารแบริ่งในเครื่องบินมักทำจากเหล็ก 4340 ไนไตรด์หรือคาร์บูไรซ์ เพื่อให้มีความทนทานต่อการสึกหรอ ในขณะที่ยังคงรักษาความแข็งแกร่งและความเหนียวสูงตามข้อกำหนดด้านการบินและอวกาศ เช่น AMS 6415
• อุปกรณ์การทำเหมืองแร่และการก่อสร้าง: หมุดตีนตะขาบ บูช ฟันบุ้งกี๋ และหมุดบูมของรถขุดหล่อขึ้นจากโลหะผสมเหล็กและตัวเรือนชุบแข็งเพื่อต้านทานการสึกหรอจากการเสียดสีจากการสัมผัสกับหินและดิน ความลึกของตัวเรือน 2–4 มม. เป็นเรื่องปกติในการใช้งานเหล่านี้ เพื่อให้มีความทนทานภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยอย่างยิ่ง
• เพลาข้อเหวี่ยงและเพลาลูกเบี้ยว: เพลาข้อเหวี่ยงของยานยนต์ซึ่งมักหล่อขึ้นจากเหล็กกล้า 1,045 หรือเหล็กกล้าไมโครอัลลอยด์ ได้รับการชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำที่พื้นผิวเจอร์นัลเพื่อให้ได้ความแข็งพื้นผิวเฉพาะจุด ในขณะที่ส่วนที่เหลือของเพลายังคงความแข็งแกร่งไว้ ความแข็งของเจอร์นัลที่ 55–60 HRC ช่วยยืดอายุการใช้งานของตลับลูกปืนได้อย่างมากเมื่อเทียบกับพื้นผิวที่ไม่ผ่านการบำบัด
• เครื่องมือช่างและเครื่องมือตัด: สิ่ว เครื่องเจาะ และแม่พิมพ์ที่ทำจากเหล็ก 1020 สามารถบรรจุคาร์บูไรซ์ที่บ้านเพื่อสร้างคมตัดที่แข็งได้ นี่เป็นหนึ่งในการใช้งานที่เก่าแก่ที่สุดของการชุบแข็งเคส และยังคงเกี่ยวข้องกับช่างตีเหล็กและผู้ผลิตเครื่องมือที่ทำงานนอกสถานที่ทางอุตสาหกรรม