Chọn thép bánh răng và tối ưu hóa xử lý nhiệt — Sổ tay kỹ thuật

Chọn thép bánh răng và tinh chỉnh xử lý nhiệt — Sổ tay kỹ thuật

Điểm chính: Khoảng bảy phần mười hành vi làm việc của bánh răng bắt nguồn từ cách mác thép và chu trình nhiệt được ghép cặp. Công việc đa dụng được đáp ứng bởi hai mác thép trong hầu hết các xưởng: 20CrMnTi, thép thấm cacbon được chọn khi tải trọng va đập chiếm ưu thế, và 40Cr, thép tôi và ram được chọn khi tốc độ trung bình hoặc thấp và chạy êm quan trọng hơn. Ghép cặp đúng hai loại này và chi tiết có thể tồn tại trong sử dụng lâu hơn 3-5×.

1. So sánh các phương pháp xử lý nhiệt

1.1 Thấm cacbon cộng tôi (phương pháp chủ lực)

Ủ thường hóa → Gia công thô → Thấm cacbon (920–950°C) → Tôi (820–860°C) → Ram nhiệt độ thấp (180–200°C) → Gia công tinh

1.2 Tôi và ram (Q&T)

Gia công thô → Tôi và ram (tôi + ram nhiệt độ cao) → Gia công tinh → (tùy chọn tôi bề mặt răng bằng cảm ứng)

• Quy trình đơn giản, biến dạng trong xử lý nhỏ, và chi phí vừa phải
• Độ cứng mục tiêu: HB 240-320

1.3 Nitơ hóa

Tôi và ram → Gia công tinh → Nitơ hóa (500–530°C) → Mài rà/đánh bóng

• Biến dạng tối thiểu (0.01-0.03mm), do đó không có bước mài tiếp theo
• Đánh đổi: chu kỳ 20–60 giờ và lớp cứng nông

1.4 Tôi cảm ứng

Khi bánh răng lớn cần tôi từng răng hoặc toàn bộ chi tiết, phương pháp này được áp dụng. Chiều sâu vùng cứng có thể được đặt từ 1-5mm. Năng suất cao, mặc dù chi phí thiết bị đáng kể.

2. Bốn nhóm thép bánh răng

2.1 Mác thép thấm cacbon

• 20CrMnTi: ≥1080
  • Chiều sâu lớp thấm (mm): 0.8-1.2
  • Độ cứng bề mặt (HRC): 58-62
  • Ứng dụng điển hình: Bánh răng hộp số ô tô, bánh răng truyền động cầu chủ động
• 20CrMo: ≥980
  • Chiều sâu lớp thấm (mm): 0.7-1.1
  • Độ cứng bề mặt (HRC): 56-60
  • Ứng dụng điển hình: Bánh răng truyền động tải trung bình
• 20CrNiMo: ≥1180
  • Chiều sâu lớp thấm (mm): 0.9-1.5
  • Độ cứng bề mặt (HRC): 58-63
  • Ứng dụng điển hình: Bánh răng hạng nặng, máy móc khai thác mỏ

2.2 Mác thép tôi và ram

• 40Cr: 28-32
  • Phù hợp nhất cho: Bánh răng tốc độ thấp/trung bình
  • Đặc điểm chính: Tính chất cơ học tổng hợp tuyệt vời
• 42CrMo: 32-38
  • Phù hợp nhất cho: Bánh răng lớn
  • Đặc điểm chính: Độ thấm tôi sâu
• 45#: 25-30
  • Phù hợp nhất cho: Bánh răng tải thấp
  • Đặc điểm chính: Chi phí thấp, dễ gia công

2.3 Mác thép nitơ hóa và tôi thấu

Sau khi 38CrMoAl được nitơ hóa, bề mặt của nó đạt 900-1100 HV (khoảng 65-70 HRC) — khả năng chống mài mòn vượt trội, nhưng vùng cứng chỉ đo được 0.3-0.6mm, phù hợp với bánh răng chính xác. Đối với chi tiết chính xác mô-đun nhỏ, thép ổ trục GCr15 ở 60-65 HRC là câu trả lời thông thường.

2.4 Nhựa và các phi kim loại khác

Tải nhẹ và chạy êm là lĩnh vực của nhựa kỹ thuật như POM và nylon (PA66+GF30). Nhiệt độ làm việc liên tục của các vật liệu này thường tối đa là 120°C.

3. Ghép cặp vật liệu, xử lý và độ chính xác

4. Các khuyết tật xuất hiện và cách khắc phục

• Cacbit dư trong lớp thấm: hoặc tiềm năng cacbon quá cao hoặc giai đoạn khuếch tán bị cắt ngắn
  • Khắc phục: giảm tiềm năng cacbon xuống 0.8-1.0%C và cho thêm thời gian khuếch tán
• Nứt do tôi: tốc độ làm nguội quá mạnh, hoặc thép chứa quá nhiều cacbon
  • Khắc phục: làm nguội chi tiết một phần trước khi tôi, hoặc chuyển sang dầu tôi martempering
• Độ cứng không đạt: nhiệt độ tôi thấp, hoặc làm nguội không đủ
  • Khắc phục: kiểm tra lò nung nóng đều, và tăng khuấy trộn
• Biến dạng vượt giới hạn: nung nóng không đều, hoặc chi tiết được xếp không đúng
  • Khắc phục: xếp thẳng đứng và thêm giai đoạn nung sơ bộ
• Cháy mài: loại bỏ quá nhiều vật liệu mỗi lượt, hoặc làm nguội yếu
  • Khắc phục: giữ chiều sâu ≤0.03mm mỗi lượt

5. Lời khuyên tại xưởng

1. Tiềm năng cacbon là biến số quyết định mọi thứ: với khí quyển methanol+dầu hỏa, giữ dao động trong phạm vi ±0.05%C là điều giữ cho chiều sâu lớp thấm đồng đều. Phân tích từng lớp mỗi 4 giờ cho bạn biết mức cacbon thực tế.
2. Ram nhiệt độ thấp không phải là tùy chọn: bỏ qua nó và nứt chân răng trở nên dễ xảy ra hơn nhiều. Đối với 20CrMnTi, 180°C × 2h là mức tối thiểu.
3. Xử lý sơ bộ đặt ra giới hạn trên: cấu trúc ủ thường hóa đồng đều cho lớp thấm cacbon đồng đều. Dải tổ chức còn lại gây chiều sâu lớp thấm không đều, vì vậy hãy loại bỏ nó trong quá trình ủ thường hóa.
4. Coi mài và xử lý nhiệt là một chuỗi: mức độ chi tiết biến dạng trong quá trình thấm cacbon quyết định lượng dư mài kết thúc ở đâu. Chạy 3-5 chi tiết thử trước khi bắt đầu lô sản xuất giúp giảm tỷ lệ phế phẩm đáng kể.

6. Tiêu chuẩn và nguồn

• JB/T 7516-2018 — Vật liệu bánh răng và xử lý nhiệt (Tiêu chuẩn công nghiệp Trung Quốc)
• GB/T 9450-2020 — Xác định chiều sâu lớp thấm cacbon
• PinyiGear Năng lực sản xuất bánh răng & Hướng dẫn vật liệu | Giải pháp bánh răng tùy chỉnh
• ISO 6336-5:2016 — Tính toán khả năng tải của bánh răng trụ răng thẳng và răng nghiêng — Phần 5: Độ bền và chất lượng vật liệu

Được biên soạn bởi đội ngũ kỹ thuật PinyiGear như một phần trong ghi chú thường xuyên của chúng tôi. Các mục mới xuất hiện trong loạt bài Thiết kế bánh răng & Sản xuất chính xác. Cần giúp chọn bánh răng? Công cụ thông số bánh răng trụ răng thẳng là nơi bắt đầu.