การอบชุบแข็งสำหรับสลักเกลียวและน็อต – กุญแจสู่ความแข็งแรงสูงและวิธีการทำอย่างถูกต้อง

บทนำ
การชุบแข็งเป็นหัวใจสำคัญของการผลิตสลักเกลียวและน็อตที่มีความแข็งแรงสูง หากไม่มีการชุบแข็งที่เหมาะสม แม้แต่เหล็กกล้าอัลลอยด์ที่ดีที่สุดก็ไม่สามารถบรรลุเกรดคุณสมบัติ 8.8, 10.9 หรือ 12.9 ได้ อย่างไรก็ตาม การชุบแข็งก็เป็นจุดที่หลายสิ่งหลายอย่างผิดพลาดได้เช่นกัน ทั้งการแตกร้าว การบิดเบี้ยว จุดที่แข็งไม่ทั่วถึง และความแข็งที่ไม่สม่ำเสมอ ในบทความนี้ เราจะตอบคำถามสำคัญห้าข้อเกี่ยวกับการชุบแข็งสำหรับตัวยึด โดยอิงจากประสบการณ์ในโรงงานของเรา เพื่อช่วยให้คุณเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นภายในเตาอบและถังชุบแข็ง

การชุบแข็งคือการทำให้เหล็กเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วจากอุณหภูมิที่สูงกว่าช่วงออสเทนไนต์ (โดยทั่วไปคือ 830–880°C สำหรับเหล็กกล้าตัวยึดส่วนใหญ่) ในตัวกลางที่เป็นของเหลวหรือก๊าซ วัตถุประสงค์คือเพื่อเปลี่ยนออสเทนไนต์ให้เป็นมาร์เทนไซต์ซึ่งเป็นโครงสร้างจุลภาคที่แข็งและไม่เสถียร ซึ่งให้ความแข็งแรงที่จำเป็นสำหรับตัวยึดเกรดสูง

หากไม่มีการชุบแข็ง เหล็กจะเย็นตัวลงอย่างช้าๆ และเกิดโครงสร้างที่อ่อนนุ่มกว่า เช่น เพิร์ลไลต์ หรือไบไนต์ ซึ่งไม่สามารถให้ความแข็งแรงแรงดึงได้สูงกว่าประมาณ 800 MPa (116 ksi) การชุบแข็งเป็นขั้นตอนแรกที่จำเป็นในกระบวนการชุบแข็งและอบคืนตัว (Q&T)ซึ่งผลิตเกรดคุณสมบัติ 8.8, 10.9 และ 12.9

ลำดับพื้นฐานสำหรับตัวยึดที่มีความแข็งแรงสูง:

ชิ้นงานเปล่าที่ขึ้นรูปเย็นหรือตีร้อน → การทำออสเทนไนต์ (ให้ความร้อน) → การชุบแข็ง (ทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว) → เกิดมาร์เทนไซต์ → การอบคืนตัว (ให้ความร้อนอีกครั้งที่อุณหภูมิต่ำลง) → มาร์เทนไซต์ที่อบคืนตัวสุดท้ายพร้อมความแข็งแรงและความเหนียวตามที่กำหนด

กรณีจริง:

ผู้ผลิตสลักเกลียวหน้าแปลนเกรด 10.9 ได้รับผลการทดสอบแรงกดที่ไม่สม่ำเสมอ เราพบว่าอุณหภูมิน้ำมันชุบแข็งของพวกเขาแตกต่างกันตั้งแต่ 40°C ถึง 70°C ในแต่ละชุด หลังจากปรับอุณหภูมิน้ำมันให้คงที่ที่ 50±5°C และตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการกวนเพียงพอ ความแปรปรวนของความแข็งในแต่ละชุดลดลงจาก ±4 HRC เป็น ±1.5 HRC และสลักเกลียวทั้งหมดผ่านการทดสอบแรงกด

การเลือกตัวกลางชุบแข็งขึ้นอยู่กับความสามารถในการแข็งตัวของเหล็กกล้า (ความง่ายในการเกิดมาร์เทนไซต์) รูปทรงของชิ้นงาน และระดับการบิดเบี้ยวที่ยอมรับได้ ตารางด้านล่างเปรียบเทียบตัวกลางที่ใช้กันมากที่สุด:

แนวทางการเลือกสำหรับเกรดตัวยึดทั่วไป:

• เกรด 8.8 (เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง เช่น 35K, 40#): น้ำ หรือ โพลีเมอร์ (แนะนำโพลีเมอร์เพื่อการควบคุมที่ดีขึ้น)

• เกรด 10.9 (เหล็กกล้าอัลลอยด์ เช่น 40Cr, SCM435): น้ำมันชุบแข็งเร็ว (หรือโพลีเมอร์หากไม่มีน้ำมัน)

• เกรด 12.9 (เหล็กกล้าอัลลอยด์สูง เช่น SCM435, 42CrMo): น้ำมันชุบแข็งเร็ว (น้ำมันมาร์เทมเปอร์สำหรับส่วนที่หนามาก)

• สลักเกลียวที่ผ่านการอบผิวแข็ง (10B21, 20MnTiB): น้ำ หรือ โพลีเมอร์ หลังจากการคาร์บูไรซ์

เคล็ดลับจริง:

ครั้งหนึ่งเราเคยมีลูกค้าที่ชุบสลักเกลียว SCM435 M16 ในน้ำเพราะพวกเขา "ต้องการการเย็นตัวที่เร็วกว่า" ผลลัพธ์คือ หัวแตก 15% การเปลี่ยนไปใช้น้ำมันชุบแข็งความเร็วสูง (ความหนืด 22 cSt ที่ 40°C, ทำงานที่ 60°C) ช่วยขจัดปัญหาการแตกร้าว ในขณะที่ยังคงให้มาร์เทนไซต์เต็มที่

แม้จะใช้ตัวกลางชุบแข็งที่ถูกต้อง ข้อบกพร่องก็ยังเกิดขึ้นได้ นี่คือข้อบกพร่องที่พบบ่อยที่สุดในการชุบแข็งตัวยึด สาเหตุ และวิธีการป้องกัน:

กรณีจริง (การบิดเบี้ยว):

ลูกค้าที่ผลิตน็อตล้อ M20×1.5 (เกรด 10.9 วัสดุ SCM440) มีการปฏิเสธ 8% เนื่องจากการบิดเบี้ยวของเกลียวหลังการชุบแข็ง น็อตถูกชุบในตะกร้า (หย่อนลงในน้ำมันในตะกร้าลวด) เราเปลี่ยนไปใช้การชุบทีละชิ้นโดยใช้สายพานลำเลียงพร้อมการหย่อนชิ้นงานแต่ละชิ้น และติดตั้งน้ำมันมาร์เทมเปอร์ที่อุณหภูมิ 180°C การบิดเบี้ยวลดลงต่ำกว่า 1%

วิธีการตรวจสอบหลังการชุบแข็ง:

• การทดสอบความแข็ง: สเกล Rockwell C (HRC) ความแข็งหลังการชุบแข็งทั่วไปสำหรับมาร์เทนไซต์: 50–55 HRC สำหรับเหล็กกล้าอัลลอยด์คาร์บอนปานกลาง

• การตรวจสอบโครงสร้างจุลภาค: ต้องมีมาร์เทนไซต์ >90% (ไม่มีเพิร์ลไลต์หรือเฟอร์ไรต์) ในแกนกลางสำหรับการแข็งตัวเต็มที่

• การตรวจจับรอยแตก: การตรวจสอบอนุภาคแม่เหล็ก (MPI) หรือการทดสอบด้วยสารแทรกซึมสีสำหรับชิ้นงานที่สำคัญ

• ความตรง: การวัดด้วยลูกกลิ้งหรือการวัดด้วยแสง

ไม่ – ห้ามข้ามการอบคืนตัวเด็ดขาด มาร์เทนไซต์หลังการชุบแข็งจะแข็งมาก แต่ก็เปราะมากเช่นกัน สลักเกลียวในสภาพหลังการชุบแข็งจะหักเมื่อถูกกระแทก หรือแม้แต่ภายใต้แรงบิดในการขันที่สูง การอบคืนตัวเป็นขั้นตอนที่สองที่จำเป็น

ความสัมพันธ์:

อุณหภูมิการอบคืนตัวทั่วไปสำหรับเกรดตัวยึดทั่วไป (หลังการชุบแข็งเต็มที่):