Bahan Gear dan Rawatan Haba: Pemilihan Bahan dan Amalan Pengkarbonan
Merangkumi gred bahan gear seperti 20CrMnTi dan 42CrMo, julat kekerasan, dan laluan proses pengkarbonan dari penempaan hingga pemesinan akhir.
Diterbitkan: 2026-07-07 | Kategori: Bahan Gear & Rawatan Haba | Bahagian: 2
1. Memadankan Gred Bahan dengan Keadaan Operasi
Pemilihan bahan gear bermula dengan menyelaraskan gred dengan beban yang dikenakan, kelajuan putaran, dan kitaran perkhidmatan. Kategori di bawah merangkumi gred yang paling kerap dikendalikan oleh PinyiGear.
| Kategori Bahan | Gred | Aplikasi Tipikal | Kekerasan |
|---|---|---|---|
| Keluli karbon berkualiti | 45#, 50# | Kelajuan rendah hingga sederhana, beban ringan | Q&T 220-280 HB |
| Keluli aloi Q&T | 40Cr, 42CrMo, 35CrMo | Beban sederhana, kelajuan sederhana | Q&T 250-320 HB |
| Keluli aloi pengkarbonan | 20CrMnTi, 20CrNi2Mo, 20CrMo | Kelajuan tinggi, tugas berat (paling banyak digunakan) | Terkarbon 58-62 HRC |
| Keluli nitriding | 38CrMoAl, 40Cr (dinitridakan) | Gear ketepatan tahan haus | Dinitridakan 850-1100 HV |
| Keluli tuang | ZG310-570, ZG40Cr | Gear besar | Penormalan/Q&T |
| Bukan logam | MC Nylon, POM | Bunyi rendah, beban ringan | — |
2. Pengkarbonan dan Pelindapkejutan: Laluan Utama untuk Gear Tugas Berat
Lebih daripada 80% gear tugas berat yang sedang beroperasi pada masa ini telah dikarbonkan. Rantaian proses yang mewakili ialah:
Pemotongan kosong → Penempaan → Penormalan → Pembubutan kasar → Pembubutan separuh siap →
Hobbing → Pengkarbonan → Pelindapkejutan + Pembajaan suhu rendah → Peening tembakan → Pengisaran akhir
Menentukan Kedalaman Lapisan
Tiga peraturan anggaran awal biasanya digunakan:
- Anggaran berdasarkan modul: δ ≈ (0.15~0.25) × m (di mana m ialah modul)
- Kriteria tegasan akar gigi: Kedalaman lapisan ≥ 1.2 × kedalaman keratan kritikal keletihan lenturan
- Nilai rujukan standard:
| Nota | Modul m (mm) | Kedalaman Lapisan Berkesan Disyorkan (mm) |
|---|---|---|
| Modul kecil; terlalu cetek berisiko hancur | 2-3 | 0.4-0.8 |
| Julat paling biasa untuk gear sederhana | 4-6 | 0.8-1.3 |
| Tugas berat memerlukan kawalan kecerunan yang ketat | 6-10 | 1.2-1.8 |
| Modul besar, masa pengkarbonan 20j+ | 10-16 | 1.5-2.5 |
| Gear sangat besar, pengkarbonan lapisan dalam | >16 | 2.0-3.5 |
Akibat Kedalaman Lapisan yang Tidak Betul
- Pengelupasan keletihan sentuhan permukaan gigi: masa pengkarbonan yang berpanjangan menggandakan kos
- Kekuatan lenturan akar gigi tidak mencukupi: austenit sisa meningkat
- Kekerasan teras tidak mencukupi untuk sokongan: karbida permukaan kasar, kerapuhan lebih tinggi
- Kegagalan jangka pendek: butiran kasar, keliatan hentaman berkurangan
Kekerasan Teras
Teras mesti menyokong lapisan yang dikeraskan, jadi kekerasannya memerlukan perhatian yang sama seperti permukaan.
- Julat disyorkan: 30-45 HRC (pinion pada hujung atas, gear pada hujung bawah)
- Bawah 25 HRC: risiko tinggi patah keletihan akar gigi
- Atas 48 HRC: keliatan tidak mencukupi, patah gigi akibat hentaman
- Kaedah kawalan: laraskan suhu pelindapkejutan, kadar penyejukan, dan pilih bahan dengan kebolehkerasan yang sesuai
3. Pemerhatian di Lantai Pengeluaran
Mengapa 20CrMnTi Begitu Banyak Digunakan
Lebih daripada 60% keluaran industri gear China bergantung pada 20CrMnTi, atas sebab yang jelas. Titanium memperhalus struktur butiran dan mengehadkan pertumbuhan butiran semasa pengkarbonan, membolehkan pelindapkejutan terus selepas penyejukan dan menghapuskan kitaran pemanasan kedua. Kebolehkerasannya yang sederhana menjadikan kekerasan teras 30-42 HRC mudah dicapai, dan kedua-dua kos serta bekalan sudah mantap.
Satu peringatan: 20CrMnTi cenderung menggalakkan pengkarbonan suhu tinggi, jadi potensi karbon harus dikekalkan pada ≤1.1% untuk mengawal pembentukan karbida.
Salah Tanggapan “Lebih Dalam Lebih Selamat”
Mendorong kedalaman lapisan ke had atasnya, atau melebihinya, adalah tabiat yang kerap dan mahal. Lapisan yang berlebihan merendahkan taburan tegasan mampatan permukaan, berpotensi mengurangkan hayat keletihan. Setiap tambahan 1mm kedalaman pengkarbonan memerlukan kira-kira 6-8j pada 930°C, dan kos meningkat dengan curam. Kaedah yang betul adalah menentukan kedalaman lapisan selamat minimum daripada simulasi medan tegasan akar gigi dan meninggalkan hanya 0.1-0.2mm elaun.
Peening Tembakan
Peening tembakan selepas pengkarbonan dan pelindapkejutan adalah penting. Ia menghasilkan 300-800 MPa tegasan mampatan sisa pada permukaan akar gigi dan boleh meningkatkan hayat keletihan lenturan sebanyak 2-5 kali. Parameter kritikal ialah keamatan Almen 0.3-0.5A dan liputan ≥100%; gear modul besar memerlukan media tembakan berdiameter lebih besar (S170-S230).
Kawalan Potensi Karbon Tiga Peringkat
Pengkarbonan relau serbaguna di PinyiGear secara amnya menggunakan profil potensi karbon tiga peringkat:
- Peringkat peningkatan (potensi karbon 1.0~1.2%C): penyerapan karbon pantas, mengawal kedalaman lapisan
- Peringkat resapan (potensi karbon 0.8~1.0%C): karbon meresap ke dalam, kepekatan permukaan menurun
- Peringkat penyejukan: turunkan ke suhu pelindapkejutan, kekalkan atmosfera pelindung
4. Pemikiran Akhir
Pemilihan bahan dan kedalaman lapisan membentuk asas kualiti gear; kesilapan di sini menafikan setiap operasi pengisaran ketepatan berikutnya. Menurut data industri, lebih 80% kegagalan pramatang gear boleh dikesan kepada masalah rawatan haba — kedalaman lapisan tidak mencukupi atau herotan berlebihan.
Bagi PinyiGear, mengekalkan jadual pemilihan kedalaman lapisan yang standard (seperti jadual modul-kedalaman lapisan di atas) dan menyepadukannya ke dalam sistem sebut harga dan pengeluaran menghapuskan usaha cuba-cuba yang besar.
PinyiGear · Gear Ketepatan & Sistem Transmisi · Pengumpulan Pengetahuan Teknikal