Perėjimas prie elektrifikacijos kartu su didesnio energijos vartojimo efektyvumo poreikiu reiškia, kad automobilių pramonė išgyvena esminių transformacijų laikotarpį. Visų pirma, didėjant elektrinių pavarų schemų naudojimui, pavaros turi atitikti didėjančius sukimo momento pajėgumo, ilgaamžiškumo ir NVH (triukšmo, vibracijos ir atšiaurumo) reikalavimus, taip pat palaikyti tvaresnę ir ekonomiškesnę{1}}gamybą. Istoriškai įprastiniai karbonizuojantys plienai, tokie kaip 20MnCr5, buvo sėkmingi naudojant pavaras. Tačiau paprastai jiems reikia po-gydymo, įskaitant šveitimą, kad būtų pasiektas reikiamas nuovargio efektyvumas, ir dantų šaknų šlifavimas, kad būtų galima dar labiau sustiprinti. Šie papildomi veiksmai padidina sudėtingumą ir padidina išlaidas. Atsižvelgdama į tai, „Ovako“ ištyrė naujoviško lydinio dizaino taikymą, kad sumažintų tarpgranulinę oksidaciją ir pašalintų papildomo apdorojimo poreikį. Šios programos rezultatas – 20NiMo9-7 (Ovako 158Q), kuris suteikia galimybę efektyviau, patikimiau ir tvariau gaminti pavaras. Kodėl karbonizavimas dujomis yra problema Plieno karbonizavimo dujomis metu yra žemas dalinis deguonies slėgis. Esant tokioms sąlygoms, legiruojantys elementai, turintys stiprų termodinaminį giminingumą deguoniui, tokie kaip silicis, chromas ir manganas, yra linkę selektyviai oksiduotis, kuris plinta išilgai grūdelių ribų. Dėl to oksido fazės patenka į vidų nuo paviršiaus iki plieno pagrindo, dažnai vadinamos tarpgranuline oksidacija (IGO) (nuoroda. 1). Tai lemia vietinį legiruojamųjų elementų išeikvojimą šalia susidariusių oksidų, dėl to sumažėja kietėjimas šiuose regionuose. Kai plienas atšaldomas, dėl šio kietėjimo sumažėjimo padidėja nemartensitinių mikrostruktūrų susidarymo tikimybė paveiktose vietose, žr. 1 pav.

Be to, sumažėjęs kietumas šalia paviršiaus reiškia, kad paviršiaus sluoksnio transformacija vyksta anksčiau nei pagrindiniu atveju grūdinimo metu. Kadangi gilesnės korpuso sritys vėliau transformuojasi martensitiškai, kartu su tūriniu plėtimu, paviršiuje atsiranda liekamieji tempimo įtempiai.

Grynasis oksido ir mažo -stiprumo paviršiaus struktūros poveikis kartu su liekamaisiais tempimo įtempiais neigiamai veikia nuovargio savybes ir padidina jautrumą įtrūkimų atsiradimui. Įprastų angliavandenių plienų apribojimų įveikimas Kūrimo programą paskatino poreikis įveikti įprastų angliavandenių plienų, pvz., 20MnCr5, apribojimus, ypač jų jautrumą IGO ir priklausomybę nuo po-apdorojimo procesų, tokių kaip šlifavimas ir šlifavimas, kad būtų pasiektos reikiamos mechaninės savybės. Rezultatas yra 20NiMo9-7 (158Q), legiruotas su nikeliu (Ni) ir molibdenu (Mo), mažais afinitetais deguonimi ir stipriu kietėjimu pasižyminčiais elementais, tuo pačiu sumažinant silicio (Si), mangano (Mn) ir chromo (Cr) buvimą{12}}. martensitinis paviršiaus sluoksnis su dideliais liekamaisiais gniuždymo įtempiais, net esant standartinėms atmosferos karburizavimo sąlygoms, žr. 2 pav. Be to, šis plienas gaminamas aukščiausios kokybės gamybos procesu (IQ-Steel), kuris užtikrina žemą žalingų nemetalinių intarpų kiekį. Tai užtikrina, kad plieno švarumas nėra ribojantis nuovargio savybių veiksnys.

Rezultatas – plienas, užtikrinantis didelį nuovargio stiprumą iškart po angliavandenių, sumažinant arba pašalinant papildomo apdorojimo{0} poreikį. Dėl to 158Q ypač tinka sudėtingoms ar mažoms pavarų geometrijoms, kai šlifavimas ar šlifavimas yra nepraktiškas, todėl siūlomas racionalus, ekonomiškas ir tvarus gamybos būdas. 158Q nuovargio charakteristikos 158Q nuovargio charakteristikos buvo įvertintos keliuose tyrimuose, naudojant skirtingas bandymo sąrankas ir etalonines medžiagas. Lydinys turi pastovų aukštą lenkimo nuovargio stiprumą, ypač kai yra angliavandenis, ir nereikia po{9}}apdoroti. VBC ataskaitoje (Åslund ir kt., 2010) krumpliaračio dantų lenkimo nuovargio bandymai buvo atlikti su 158Q, 157Q ir 16MnCr5 naudojant pulsatoriaus bandymo įrenginius (nuoroda{17}}). Rezultatai parodė, kad 158Q nuovargio stipris buvo maždaug 48 procentais didesnis nei 16MnCr5, žr. 2 lentelę. Tai buvo siejama su jo visiškai martensitiniu paviršiumi, minimalia tarpgranuline oksidacija (<2 μm), and absence of non-martensitic transformation products. In contrast, 16MnCr5 exhibited deeper oxidation (10–15 μm) and a soft surface layer. The study also noted that 158Q developed high compressive residual stresses and low retained austenite, both favorable for fatigue resistance.

Ataskaitoje taip pat pabrėžiama, kad 158Q pasiekė šį našumą naudojant standartinį atmosferos dujų karbonizavimą, nereikalaujant žemo slėgio karbiuravimo (LPC) ar papildomo paviršiaus apdorojimo. Tai parodė lydinio gebėjimą užtikrinti LPC-panašią paviršiaus kokybę naudojant įprastą įrangą. Palyginimas su 157Q, kuriam taip pat buvo atliktas IQ procesas, tačiau išliko didesnis Mn, Cr ir Si kiekis, išryškino lydinio sudėties svarbą slopinant oksidaciją. Nors 157Q šiek tiek pagerėjo, palyginti su 16MnCr5, jis neatitiko 158Q veikimo, sustiprindamas atsparumo oksidacijai vaidmenį veikiant nuovargiui (nuoroda{11}}). Temmel ir kt. (2009, 2011) ištyrė 158Q, palyginti su 20MnCrS5, įskaitant vieno ir dvigubo šveitimo poveikį (nuoroda. 3, 4). Neapdorojus 158Q, nuovargio stiprumas pagerėjo 23 procentais, žr. 3 lentelę. Vienkartinis lupimas suteikė nedidelį papildomą padidėjimą, o dvigubas lupimas nedavė papildomos naudos, o kai kuriais atvejais net sumažino našumą, greičiausiai dėl to, kad buvo viršytas pradinis našumas ir dėl riboto jautrumo paviršiaus pagerinimui.

2011 m. tyrime taip pat buvo tiriami liekamųjų įtempių profiliai, atsirandantys dėl lupimo, ir nustatyta, kad dvigubas lupimas sumažino paviršiaus gniuždymo įtempį, greičiausiai dėl įtampos atsipalaidavimo arba paviršiaus pažeidimo. Tai leido manyti, kad 158Q paviršiaus būklė po karbonizavimo neturėjo jokios reikšmingos grūdelių ribos oksidacijos ar ne-martensitinės struktūros. Todėl papildomas apdorojimas turi būti kruopščiai suderintas, kad nepablogėtų savybės. Šios išvados patvirtino idėją, kad 158Q galima pagaminti be papildomo papildomo apdorojimo{7} (nuoroda{8}}). Borgas (2008) įvertino 158Q ir 16MnCr5 nuovargio veiksmingumą, atlikdamas sukamojo lenkimo bandymus su įpjovomis bandiniuose, tiek kaip-karbiuruotomis, tiek šlifuotomis -šlifuotomis sąlygomis (Nuor. MPa, palyginti su 811 MPa esant 16MnCr5, žr. 4 lentelę. Bandymai buvo sukurti siekiant imituoti krumpliaračio šaknų sąlygas.

Bandymo rezultatai parodė, kad 158Q gali pasiekti didelį atsparumą nuovargiui be paviršiaus apdorojimo. 16MnCr5 parodė gilesnę vidinę oksidaciją ir šalia paviršiaus yra ne-martensitinių virsmo produktų, kurie neigiamai paveikė jų nuovargio stiprumą. Liekamojo įtempio matavimai parodė gniuždymo įtempius paviršiuje 158Q, o 16MnCr5 - tempimo įtempius. Fraktografinė analizė atskleidė, kad 158Q įtrūkimai atsirado paviršiuje dėl paviršiaus šiurkštumo, o 16MnCr5 įtrūkimai dažnai buvo susiję su inkliuzais ir paviršiaus degradacija. Tyrimas pabrėžė paviršiaus būklės ir likutinės įtampos būsenos svarbą nuovargiui, ypač geometrinėms formoms, kuriose tolesnis apdorojimas yra ribotas arba nepraktiškas (nuoroda{14}}). AGMA techniniame dokumente (Aylott ir kt., 2024) 158Q buvo išbandytas įvairiomis paviršiaus sąlygomis, karbiuruotas, šlifuotas, šlifuotas ir įvairiais jų deriniais (nuoroda{19}}). Jis nuolat viršijo 20 MnCr5, net kai pastarasis buvo dvipusis šlifavimas arba šlifavimas, žr. 5 lentelę. Nors po{24}}apdorojimas dar labiau pagerino našumą, padidėjimas buvo palyginti nedidelis, o tai rodo, kad angliavandenių savybės jau pasiekė normalų lygį po šveitimo, žr. 3 pav.

Tyrime taip pat buvo pažymėta, kad 158Q varianto standartinis nuovargio stiprumo nuokrypis padidėjo, kai buvo taikomas papildomas gydymas, o tai rodo, kad šie procesai sukėlė kintamumą, kurio nebuvo angliavandenių būsenoje. Šis veikimo nuoseklumas yra ypač vertingas gamybos aplinkoje, kur proceso stabilumas yra labai svarbus. AGMA dokumente pateikiamas išsamus įvairių paviršiaus sąlygų palyginimas, sustiprinantis 158Q tvirtumą ir jo tinkamumą naudoti, kai po{5}}apdorojimas yra nepraktiškas arba nepageidautinas (nuoroda{6}}). Pagrindiniai 158Q privalumai ir galimi taikymas po-gydymo atsako Eksperimentiniai rezultatai nuosekliai parodė, kad 158Q pasižymi dideliu nuovargio stiprumu, kai{11}}su angliavandeniu, todėl sumažėja apdorojimo procesų, pvz., šlifavimo ar šlifavimo, poreikį. Nors šveitimas gali nežymiai pagerinti, rezultatas dažnai yra ribotas, o kai kuriais atvejais sumažėja našumas, ypač naudojant dvigubą šveitimą. Taip gali nutikti dėl pernelyg didelio-atsipūtimo, atsipalaidavimo streso ar sukeltų paviršiaus pažeidimų. Didelis lydinio paviršiaus kietumas ir švari martensitinė struktūra riboja plastine deformacija{17}}pagrįsto apdorojimo efektyvumą. Be to, dėl papildomo apdorojimo atsiradęs padidėjęs paviršiaus šiurkštumas ar kintamumas gali kompensuoti galimą naudą. AGMA bandymo duomenys (nuoroda{21}}) taip pat rodo, kad po-apdorotų mėginių nuovargio stiprumas buvo didesnis, o tai rodo, kad proceso nuoseklumas sumažėjo. Šios išvados pabrėžia, kad 158Q paviršiaus būklė jau beveik optimali ir kad po{25}}apdorojimas turėtų būti kruopščiai įvertintas arba galbūt pašalintas. Sunkiai šlifuojamų-ir mažų krumpliaračių{28}}iššūkių sprendimas Šlifavimas dažnai yra pageidaujamas krumpliaračių, kuriems reikalingas matmenų tikslumas, paviršiaus kokybė ir teisinga krumpliaračio danties geometrija, apdailos procesas. Tačiau tai tampa ypač sudėtinga, kai susiduriama su sudėtingomis formomis ir griežtomis leistinomis nuokrypomis. Įtakingi veiksniai, tokie kaip ribota prieiga prie įrankių, šiluminės žalos rizika ir specializuotos technikos poreikis, dažnai apsunkina procesą. Hipoidinėms, vidinėms ir mažoms-modulių pavaroms dažnai prieiga prie įrankių yra ribota, todėl viso profilio šlifavimas yra labai sudėtingas arba visiškai neįmanomas. Viso profilio šlifavimas dažnai naudojamas, kai reikia dar labiau pagerinti pavaros veikimą. Tai yra sudėtinga naudojant aukščiau paminėtas pavaras. Ir tokiais atvejais medžiagos turi užtikrinti galutinį paviršiaus vientisumą iš karto po terminio apdorojimo. Dėl to 158Q ypač gerai-tinka pavarų tipams, kuriuose tradiciniai apdailos metodai nėra perspektyvūs. Šratinimas yra plačiai naudojamas paviršiaus apdorojimas, siekiant padidinti atsparumą nuovargiui, sukuriant liekamuosius gniuždymo įtempius. Tačiau jo efektyvumas žymiai sumažėja, kai naudojamas mažiems krumpliaračiams su siauromis dantų šaknimis ir sudėtinga geometrija. Šias funkcijas sunku pasiekti naudojant įprastinę šveitimo įrangą, todėl sunku pasiekti vienodą aprėptį kritinėse įtampos srityse. Kad nebūtų pažeisti gležni paviršiai, turi būti naudojamos mažesnės šratų dalelės, tačiau jos turi mažesnę kinetinę energiją ir gali nesuteikti pakankamo gniuždymo įtempio, nebent būtų taikomos didesniais greičiais, todėl procesas tampa dar sudėtingesnis ir kintamesnis. Šis apribojimas ypač aktualus šiuolaikinėse automobilių ir elektrifikuotose pavarų sistemose, kur dažnai naudojamos kompaktiškos, labai{45}}tikslios pavaros. Tokioms reikmėms medžiagos, pvz., 158Q, užtikrinančios aukštą nuovargio našumą, nepasitikdamos po{48}}apdorojimo, yra tvirtesnis ir ekonomiškesnis{49}}sprendimas. Atotrūkio tarp karbiuravimo ir LPC mažinimas yra plačiai pripažintas dėl savo gebėjimo sukurti švarius, vienodus kietus paviršius su minimalia oksidacija. Veikdamas vakuuminėje{54}}kontroliuojamoje aplinkoje, LPC pašalina tarpgranulinę oksidaciją, paprastai susijusią su tradiciniu dujų karbiuravimu, todėl paviršiaus kokybė ir nuovargis yra geresnės. Tačiau LPC pritaikymą dažnai riboja didelės kapitalo investicijos, specializuotos įrangos reikalavimai ir pažangios procesų valdymo patirties poreikis. Daugeliui įmonių, ypač turinčioms išvystytą dujų gabenimo infrastruktūrą, perėjimas prie LPC gali būti brangus ir trikdyti veiklą. Šiame kontekste 158Q yra patraukli alternatyva, nes jis pasiekia švarų, oksidacijai atsparų paviršių net esant standartinėms atmosferos angliavandenių sąlygoms, nereikalaujant kapitalinio esamų terminio apdorojimo linijų remonto. Todėl įmonėms, siekiančioms sumažinti atotrūkį tarp įprastinio karbiuravimo ir LPC, 158Q yra praktiškas,{62}}mažesnių sąnaudų būdas pagerinti pavarų našumą ir tvarumą. Tvarumas per proceso optimizavimą po{64}}apdorojimo etapais, pvz., skutimu ir šaknų šlifavimu, sunaudojama energija, susidaro atliekų ir padidėja įrankių gamybos anglies pėdsakas. Priešingai, 158Q pasiekia didelį atsparumą nuovargiui esant anglies dioksidui, todėl nereikia intensyviai apdoroti energijos. 158Q ne tik sumažina apdorojimo etapus, bet ir leidžia kurti kompaktiškesnius ir medžiagiškai efektyvesnius komponentus. Jo gebėjimas atlaikyti didesnes apkrovas leidžia naudoti mažesnes konstrukcijas, todėl sumažėja bendras kiekvieno komponento plieno suvartojimas. Naudojant didelį{73}}apimtį, net nedidelis dydžio sumažinimas gali žymiai sutaupyti žaliavų, energijos ir išmetamųjų teršalų. Šie pranašumai atitinka platesnius tvarumo tikslus ir palaiko ekologiškesnę gamybą per visą produkto gyvavimo ciklą. Ekonominis efektyvumas ir gamybos supaprastinimas 158Q gebėjimas pasiekti didelį atsparumą nuovargiui esant anglies dioksidui leidžia žymiai sutaupyti išlaidas ir efektyviai gaminti. Panaikindami po{79}}apdorojimo veiksmus, gamintojai gali sumažinti darbo jėgos, įrangos naudojimo ir priežiūros poreikius. Šis racionalizavimas sutrumpina gamybos ciklus, sumažina pridėtines išlaidas ir padidina pralaidumą. Vengiant abrazyvinių procesų, taip pat sumažėja įrankių susidėvėjimas ir eksploatacinių medžiagų sąnaudos, kartu sumažinamos kliūtys procese, ypač didelės apimties aplinkoje, kur tokios operacijos kaip šaknų šlifavimas{83}}gali atimti daug laiko. Supaprastinta darbo eiga pagerina planavimo lankstumą ir sumažina darbo-nebaigtų{86}}su inventorių, todėl gamintojai gali pasiekti našumo tikslus mažesnėmis sąnaudomis ir mažiau apdorojimo veiksmų. Išvada Naujas lydinys 20NiMo9-7* (Ovako 158Q) yra karbonizuojantis plienas, sukurtas siekiant sumažinti tarpgranulinę oksidaciją ir pašalinti po-apdorojimo procesų, pvz., šlifavimo ir šlifavimo, poreikį. Peržiūrėjus kelis eksperimentinius tyrimus, 158Q nuolat įrodė, kad nuovargis yra geresnis, palyginti su įprastiniais plienais, pvz., 20MnCr5 ir 16MnCr5, net jei jis yra angliavandenis. Pagrindinės išvados: iki 48 proc. didesnis atsparumas nuovargiui nei 16MnCr5 angliavandenių sąlygomis Panašus arba geresnis našumas kaip šlifuotas arba šlifuotas 20MnCr5 be šių papildomų veiksmų 158Q suteikia didelį potencialą supaprastinti pavarų gamybą, sumažinant sudėtingumą, sąnaudas ir poveikį aplinkai. Dėl izotropinių savybių ir didelio paviršiaus vientisumo jis ypač tinka sudėtingoms arba mažoms pavarų geometrijoms, kur tradiciniai apdailos metodai yra nepraktiški. Galiausiai 158Q siūlo įtikinamą kelią į efektyvesnę, patikimesnę ir tvaresnę pavarų gamybą automobilių pramonėje ir už jos ribų.