Kiểm soát chiều sâu lớp thấm hiệu quả trong thấm cacbon và tôi bánh răng

Tìm hiểu cách thấm cacbon và tôi bánh răng kiểm soát chiều sâu lớp thấm hiệu quả cho thép 20CrMnTi, nhắm mục tiêu DS 0,8-1,5mm và độ cứng bề mặt 58-62HRC.

Điểm chính: Khi thép bánh răng 20CrMnTi được thấm cacbon, chiều sâu lớp thấm hiệu quả (DS) trong khoảng 0,8-1,5mm giữ cho cấu trúc vi mô ổn định. Giữ carbon tiềm năng ở 1,0%C-1,2%C tạo ra martensite hình kim hoặc hình kim mịn mong muốn, với độ cứng bề mặt đạt 58-62HRC. Khi chiều sâu lớp thấm vượt quá 2,0mm, austenit dư thường vượt quá giới hạn tới hạn 15% và tuổi thọ mỏi giảm.

1. Nguyên lý quy trình

Thấm cacbon sau đó tôi là một quá trình xử lý nhiệt kết hợp. Bánh răng thép cacbon thấp được giữ trong môi trường giàu cacbon để cacbon khuếch tán vào lớp bề mặt, sau đó làm nguội nhanh để tạo ra lớp martensite cứng. Mục đích là kết hợp bề mặt cứng chống mài mòn với lõi dai chịu va đập — hai yêu cầu xung đột nhất đặt ra cho bánh răng truyền động.

1.1 Ba giai đoạn

Giai đoạn nung nóng / cân bằng: 850–930°C
- Tỷ lệ chu kỳ: 15–20%
- Cài đặt chính: Tốc độ nung ≤100°C/h
Giai đoạn tăng cường (thấm cacbon): 920–950°C
- Tỷ lệ chu kỳ: 50–60%
- Cài đặt chính: CP 1,05-1,20%C, thời gian theo công thức chiều sâu lớp thấm
Giai đoạn khuếch tán: 880–920°C
- Tỷ lệ chu kỳ: 20–30%
- Cài đặt chính: CP giảm xuống 0,80-0,95%C, đồng nhất gradient

1.2 Ước tính chiều sâu lớp thấm

Một quy tắc thực tế được sử dụng trên xưởng là:

Chiều sâu lớp thấm hiệu quả ( DS = k \times \sqrt{t} )

Từ hồ sơ sản xuất của PinyiGear:

Tăng cường ở 920°C: DS(mm) ≈ 0,65 × √t(h)
Tăng cường ở 940°C: DS(mm) ≈ 0,78 × √t(h)

Đối với DS=1,2mm, lộ trình 920°C cần khoảng 3,4h tăng cường, trong khi 940°C giảm xuống còn khoảng 2,4h. Tuy nhiên, mỗi bước tăng 20°C làm tăng đáng kể nguy cơ thô hạt.

2. Các thông số ảnh hưởng đến kết quả

2.1 Carbon tiềm năng

Trong tất cả các biến số thấm cacbon khí, carbon tiềm năng quan trọng nhất. Nó mô tả hàm lượng cacbon cân bằng tại bề mặt thép tiếp xúc với khí quyển lò. Cách tiếp cận kiểm soát là:

Tăng cường: 1,05-1,20%C, để gradient dốc đẩy cacbon vào trong
Khuếch tán: 0,80-0,95%C, giúp ngăn chặn mạng cacbon biên giới hạt
CP quá cao để lại austenit dư trên 20% và cacbon mạng dọc theo biên giới hạt
CP quá thấp làm chậm thấm cacbon, để lại lớp thấm nông và bề mặt cứng không đủ

2.2 Môi trường tôi và làm nguội

Biến dạng	Mác thép	Môi trường tôi	Khuấy	Độ cứng lõi
Trung bình	20CrMnTi	Dầu tôi nhanh	Cao (1500rpm)	35-42HRC
Tối thiểu	20CrNi2Mo	Dầu tôi martempering	Trung bình (800rpm)	38-45HRC
Thấp	8620H	Dầu nóng (120°C)	Trung bình	32-38HRC

2.3 Mục tiêu cấu trúc vi mô (ISO 6336 / GB/T 3480)

Đặc điểm kỹ thuật	Chi tiết
Martensite	Cấp ISO 3-5, ưu tiên martensite hình kim mịn
Austenit dư	≤15%, và ≤10% cho bánh răng chính xác
Cacbon	không có cacbon mạng; cacbon cầu riêng lẻ lên đến 2µm được chấp nhận
Ferit lõi	≤1% theo thể tích

3. Khuyết tật, nguyên nhân và cách khắc phục

Khuyết tật Lớp thấm nông: DS dưới tiêu chuẩn
- Nguyên nhân gốc: Thời gian ngắn hoặc CP thấp
- Biện pháp khắc phục: Kéo dài thời gian tăng cường, hiệu chuẩn lại đầu dò O₂
Khuyết tật Độ cứng bề mặt thấp: <58HRC
- Nguyên nhân gốc: Quá nhiều austenit dư
- Biện pháp khắc phục: Xử lý lạnh sâu (-80°C) hoặc khuếch tán lâu hơn
Khuyết tật Biến dạng vượt dung sai: Độ lệch biên dạng hoặc vết răng
- Nguyên nhân gốc: Ứng suất tôi không đều
- Biện pháp khắc phục: Điều chỉnh hướng vào dầu, thêm oxy hóa trước
Khuyết tật Cacbon mạng: Cacbon liên tục tại biên giới hạt
- Nguyên nhân gốc: Thời gian khuếch tán quá ngắn
- Biện pháp khắc phục: Kéo dài khuếch tán, giảm CP khuếch tán

4. Thực hành tại xưởng

Xác minh carbon tiềm năng hàng ngày — điều này là ưu tiên hàng đầu. Đầu dò oxy cần hiệu chuẩn hàng tháng, và thử nghiệm cacbon bằng lá thép (±0,05%C) nên xác nhận kết quả đọc mỗi ca. Nếu không có điều đó, không thông số quy trình nào có thể tin cậy.
Bánh răng chính xác cao cần xử lý lạnh sâu. Đối với bánh răng có DS≥1,5mm, bước xử lý lạnh sâu -80°C×2h sau khi tôi giảm austenit dư từ 15–20% xuống 5–8%, cải thiện đáng kể độ ổn định kích thước.
Không bỏ qua oxy hóa trước. Bước oxy hóa trước 380–420°C×30min tạo các vị trí mầm Fe₃O₄ trên bề mặt và cải thiện độ đồng nhất thấm cacbon hơn 30%.
Kiểm soát biến dạng bắt đầu từ phôi. Độ đồng nhất độ cứng sau ủ thường hóa rèn (độ phân tán ≤10HB) ảnh hưởng đến biến dạng cuối cùng nhiều hơn bản thân quá trình thấm cacbon.

5. Tiêu chuẩn và nguồn

GB/T 3480-2019 Tính toán khả năng tải của bánh răng
ISO 6336-5:2016 Tính toán độ bền của bánh răng (Vật liệu & Xử lý nhiệt)
JB/T 6141.2-2018 Quy cách quy trình thấm cacbon & tôi bánh răng
Sổ tay quy trình nhà máy PinyiGear

Đọc liên quan: Yêu cầu gia công trước khi thấm cacbon được đề cập trong Chuẩn bị phôi bánh răng & Ủ thường hóa. Thẻ quy trình xử lý nhiệt cho vật liệu bánh răng cụ thể có sẵn trong Khả năng gia công bánh răng.

Số tài liệu: GL-TN-20260713 | Danh mục: Xử lý nhiệt | Xem trước: Phát hiện & Kiểm soát cháy mài bánh răng