Vật liệu bánh răng và xử lý nhiệt: Lựa chọn vật liệu và thực hành thấm cacbon

Đã xuất bản: 2026-07-07 | Danh mục: Vật liệu bánh răng & Xử lý nhiệt | Phần: 2

1. Ghép mác vật liệu với điều kiện làm việc

Việc chọn vật liệu bánh răng bắt đầu bằng việc căn chỉnh mác thép với tải trọng tác dụng, tốc độ quay và chu kỳ làm việc. Các nhóm dưới đây bao gồm những mác mà PinyiGear xử lý thường xuyên nhất.

2. Thấm cacbon và tôi: Quy trình chính cho bánh răng chịu tải nặng

Hơn 80% bánh răng chịu tải nặng hiện đang hoạt động đã được thấm cacbon. Một chuỗi quy trình điển hình là:

Phôi → Rèn → Ủ thường hóa → Tiện thô → Tiện bán tinh →
Phay lăn răng → Thấm cacbon → Tôi + Ram nhiệt độ thấp → Phun bi → Mài tinh

Xác định chiều sâu lớp thấm

Ba quy tắc ước lượng ban đầu thường được áp dụng:

• Ước lượng theo mô-đun: δ ≈ (0,15~0,25) × m (trong đó m là mô-đun)
• Tiêu chí ứng suất chân răng: Chiều sâu lớp thấm ≥ 1,2 × chiều sâu tiết diện tới hạn mỏi uốn
• Giá trị tham chiếu tiêu chuẩn:

Hậu quả của chiều sâu lớp thấm không đúng

• Bong tróc do mỏi tiếp xúc bề mặt răng: thời gian thấm cacbon kéo dài làm tăng gấp đôi chi phí
• Độ bền uốn chân răng không đủ: tăng lượng austenit dư
• Độ cứng lõi không đủ để nâng đỡ: cacbit bề mặt thô, độ giòn cao hơn
• Hỏng trong thời gian ngắn: hạt thô, độ dai va đập giảm

Độ cứng lõi

Lõi phải nâng đỡ lớp thấm cứng, vì vậy độ cứng của nó cần được chú ý nhiều như bề mặt.

• Dải khuyến nghị: 30-45 HRC (bánh răng nhỏ ở đầu trên, bánh răng lớn ở đầu dưới)
• Dưới 25 HRC: nguy cơ cao gãy mỏi chân răng
• Trên 48 HRC: độ dai không đủ, gãy răng do va đập
• Phương pháp kiểm soát: điều chỉnh nhiệt độ tôi, tốc độ làm nguội, và chọn vật liệu có độ thấm tôi phù hợp

3. Quan sát từ xưởng sản xuất

Tại sao 20CrMnTi được sử dụng rộng rãi như vậy

Hơn 60% sản lượng ngành bánh răng Trung Quốc phụ thuộc vào 20CrMnTi, vì những lý do rõ ràng. Titan làm mịn cấu trúc hạt và hạn chế sự phát triển hạt trong quá trình thấm cacbon, cho phép tôi trực tiếp sau khi làm nguội và loại bỏ chu kỳ nung nóng thứ hai. Độ thấm tôi vừa phải của nó giúp dễ dàng đạt độ cứng lõi 30-42 HRC, và cả chi phí lẫn nguồn cung đều đã được thiết lập tốt.

Một lưu ý: 20CrMnTi có xu hướng khuyến khích thấm cacbon ở nhiệt độ cao, vì vậy thế cacbon nên được giữ ở mức ≤1,1% để kiểm soát sự hình thành cacbit.

Quan niệm sai lầm “Sâu hơn là an toàn hơn”

Đẩy chiều sâu lớp thấm đến giới hạn trên, hoặc vượt quá, là một thói quen thường gặp và tốn kém. Lớp thấm quá dày làm suy giảm phân bố ứng suất nén bề mặt, có thể làm giảm tuổi thọ mỏi. Mỗi 1mm chiều sâu thấm cacbon tăng thêm cần khoảng 6-8h ở 930°C, và chi phí tăng rất nhanh. Phương pháp đúng là xác định chiều sâu lớp thấm an toàn tối thiểu từ mô phỏng trường ứng suất chân răng và chỉ để lại dung sai 0,1-0,2mm.

Phun bi

Phun bi sau khi thấm cacbon và tôi là thiết yếu. Nó tạo ra ứng suất nén dư 300-800 MPa tại bề mặt chân răng và có thể tăng tuổi thọ mỏi uốn lên 2-5 lần. Các thông số quan trọng là cường độ Almen 0,3-0,5A và độ phủ ≥100%; bánh răng mô-đun lớn cần hạt bi đường kính lớn hơn (S170-S230).

Kiểm soát thế cacbon ba giai đoạn

Thấm cacbon trong lò đa năng tại PinyiGear thường sử dụng biên dạng thế cacbon ba giai đoạn:

1. Giai đoạn tăng cường (thế cacbon 1,0~1,2%C): hấp thụ cacbon nhanh, kiểm soát chiều sâu lớp
2. Giai đoạn khuếch tán (thế cacbon 0,8~1,0%C): cacbon khuếch tán vào trong, nồng độ bề mặt giảm
3. Giai đoạn làm nguội: giảm xuống nhiệt độ tôi, duy trì khí bảo vệ

4. Suy nghĩ cuối cùng

Lựa chọn vật liệu và chiều sâu lớp thấm tạo thành nền tảng chất lượng bánh răng; sai sót ở đây sẽ vô hiệu hóa mọi nguyên công mài chính xác tiếp theo. Theo dữ liệu ngành, hơn 80% hỏng hóc bánh răng sớm có thể bắt nguồn từ các vấn đề xử lý nhiệt — chiều sâu lớp thấm không đủ hoặc biến dạng quá mức.

Đối với PinyiGear, việc duy trì bảng chọn chiều sâu lớp thấm tiêu chuẩn hóa (như bảng mô-đun-chiều sâu lớp thấm ở trên) và tích hợp nó vào hệ thống báo giá và sản xuất giúp loại bỏ đáng kể nỗ lực thử và sai.

PinyiGear · Bánh răng chính xác & Hệ thống truyền động · Tích lũy kiến thức kỹ thuật