Thấm cacbon và tôi thép bánh răng: Thông số và phòng ngừa khuyết tật

Tóm tắt: Trong số các phương pháp xử lý nhiệt áp dụng cho bánh răng, thấm cacbon kết hợp tôi vẫn là phương pháp chủ lực. Một lớp bề mặt chống mài mòn đạt 58–62 HRC được tạo ra trong khi lõi vẫn dẻo ở 30–42 HRC. Bốn biến số chi phối kết quả — nhiệt độ lò (920–950°C), mức cacbon trong khí quyển (0,75–1,05%C), nhiệt độ bắt đầu tôi (820–860°C) và nhiệt độ ram (160–200°C). Hồ sơ xưởng cho thấy sự trôi dạt quy trình chiếm hơn 80% các hư hỏng thấy ở bánh răng thấm cacbon.

1. Quá trình diễn ra như thế nào

Thấm cacbon cộng với tôi là một chu trình nhiệt gồm hai phần. Bánh răng nằm trong môi trường cung cấp cacbon ở nhiệt độ trên ngưỡng austenit hóa, cacbon khuếch tán vào từ bề mặt, và sau đó làm nguội nhanh chuyển lớp giàu cacbon thành martensite cacbon cao.

Định nghĩa làm việc: Một xử lý nhiệt hóa học làm thay đổi thành phần hóa học bề mặt — cacbon tăng từ 0,15–0,25%C ở lõi lên 0,70–1,05%C ở lớp bề mặt — sau đó tôi tạo ra hiệu ứng làm cứng.

Trình tự các giai đoạn

• Crackinh: Khí nguyên liệu (khí tự nhiên, propan hoặc dầu hỏa) phân hủy ở nhiệt độ cao, giải phóng cacbon hoạt động.
• Hấp thụ: Các nguyên tử hoạt động đó được đưa vào mạng austenit ở lớp bề mặt bánh răng.
• Khuếch tán vào trong: Một gradient nồng độ phát triển khi cacbon đi sâu dần.

2. Cửa sổ thông số và hậu quả

• Nhiệt độ lò: 920–950°C
  • Hậu quả đối với bánh răng: tăng 10°C làm tốc độ khuếch tán tăng khoảng 20%, nhưng khả năng hạt lớn lên trở nên cao hơn
  • Độ chính xác mục tiêu: ±5°C
• Mức cacbon trong khí quyển: 0,75–1,05%C
  • Hậu quả đối với bánh răng: quá trình làm giàu cacbon diễn ra nhanh hơn ở giá trị cao hơn, mặc dù mạng cacbit có thể xuất hiện
  • Độ chính xác mục tiêu: ±0,05%C
• Nhiệt độ bắt đầu tôi: 820–860°C
  • Hậu quả đối với bánh răng: chi phối lượng austenit còn lại chưa chuyển biến và hình dạng của martensite
  • Độ chính xác mục tiêu: ±10°C
• Nhiệt độ ram: 160–200°C
  • Hậu quả đối với bánh răng: độ cứng giảm khoảng 1–2 HRC cho mỗi 10°C tăng thêm
  • Độ chính xác mục tiêu: ±5°C
• Chiều sâu lớp cứng: 0,3–1,5 mm
  • Hậu quả đối với bánh răng: lớp cứng sâu hơn chống mỏi tiếp xúc tốt hơn
  • Độ chính xác mục tiêu: ±0,1mm

Các biến số tương tác như thế nào

Mức cacbon và chiều sâu lớp cứng không tỷ lệ tuyến tính. Lấy 920°C làm điểm tham chiếu:

• Trong giai đoạn tăng cường với 1,05%C, lớp tiến khoảng 0,15–0,20 mm mỗi giờ.
• Trong giai đoạn khuếch tán với 0,80%C, tốc độ phát triển chậm lại còn khoảng 0,10–0,12 mm mỗi giờ.

Một phép xấp xỉ hữu ích: chiều sâu tăng theo căn bậc hai của thời gian — chiều sâu ≈ K × √t, với K là hệ số nhiệt độ (khoảng 0,45 khi lò chạy ở 920°C) và t là thời gian tăng cường tính bằng giờ.

3. Các tuyến quy trình thường dùng

Các tuyến thấm cacbon có sẵn

1. Thấm cacbon khí quyển (khí) — lựa chọn chính thống

   • Khí quyển: propan với khí mang từ metanol crackinh, hoặc hỗn hợp nitơ–metanol
   • Điểm mạnh: mức cacbon có thể được giữ chặt; hoạt động tốt cho các lô lặp lại
   • Tuyến chiếm ưu thế trong hệ thống truyền động bánh răng chính xác

2. Thấm cacbon áp suất thấp (chân không)

   • Khí quyển: axetylen hoặc etylen
   • Điểm mạnh: hoàn toàn không có oxy hóa bên trong; phù hợp với chất lượng bánh răng khắt khe
   • Được ưa chuộng cho sản xuất bánh răng tùy chỉnh

3. Thấm cacbon trong bể muối

   • Khí quyển: muối gốc xyanua
   • Điểm mạnh: hấp thụ cacbon nhanh, nhưng xử lý môi trường khó khăn; tuyến này đang bị loại bỏ

4. Khuyết tật, nguyên nhân gốc và biện pháp khắc phục

4.1 Chiều sâu lớp cứng ngoài đặc tính

• Nguyên nhân gốc: trôi dạt về thời gian hoặc nhiệt độ, hoặc mức cacbon dao động
• Khắc phục: vận hành đầu dò oxy cấp cho bộ điều khiển cacbon theo vòng kín; xác minh bằng lá thép mỏng định kỳ

4.2 Mạng cacbit

• Nguyên nhân gốc: mức cacbon bị đẩy lên trên 1,10%C, hoặc thời gian khuếch tán quá ít
• Khắc phục: giới hạn giai đoạn tăng cường ở 1,05%C và lên lịch giai đoạn khuếch tán đủ dài

4.3 Oxy hóa dưới bề mặt

• Nguyên nhân gốc: quá nhiều oxy trong khí lò (điểm sương không được giữ)
• Khắc phục: giữ điểm sương ở −30°C hoặc thấp hơn; cung cấp nitơ độ tinh khiết cao

4.4 Biến dạng vượt giới hạn

• Nguyên nhân gốc: làm nguội không đồng đều sau tôi, hoặc hình dạng bánh răng không đối xứng
• Khắc phục: cải thiện bố trí đồ gá; áp dụng tôi ép cho chi tiết trục chính xác

4.5 Độ cứng không đạt

• Nguyên nhân gốc: bắt đầu tôi quá nguội, hoặc tốc độ làm nguội quá chậm
• Khắc phục: xác minh nhiệt độ dầu (60–80°C) và xác nhận máy khuấy đang hoạt động

5. Kiểm tra và nghiệm thu

Kiểm soát chặt chẽ trong quá trình thấm cacbon phải được lập kế hoạch cùng với trình tự gia công bánh răng rộng hơn.

Hướng dẫn tại xưởng

1. Kiểm tra mức cacbon là bắt buộc: cặn tích tụ trên đầu dò oxy và số đọc trôi dạt. Xác minh bằng lá thép mỏng mỗi tuần; nếu số đọc lệch hơn ±0,05%C, hãy hiệu chỉnh trước khi chạy lại.
2. Theo dõi tình trạng dầu tôi: hiệu suất làm nguội giảm đi sau khi dầu đã phục vụ sáu tháng hoặc hơn 100 tấn chi tiết. Chạy thử đường cong làm nguội mỗi quý.
3. Đồ gá ảnh hưởng đến kết quả: để ít nhất 10mm giữa các bánh răng liền kề để khí lưu thông đều. Bánh răng lớn nên đặt gần giữa lô, xa quạt.
4. Thêm bước oxy hóa sơ bộ: giữ chi tiết ở 450–550°C trong 30–60 phút trước khi thấm cacbon cải thiện đáng kể độ đồng nhất lớp cứng và giảm khả năng oxy hóa bên trong.

Tài liệu tham khảo

• GB/T 9450-2018 — Xác định và kiểm tra chiều sâu lớp cứng thấm cacbon cho chi tiết thép
• 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
• “Sổ tay tiêu chuẩn quy trình xử lý nhiệt bánh răng” (Nhà xuất bản Máy Trung Quốc)
• Cơ sở dữ liệu quy trình nội bộ PinyiGear (bản 2025)

Phụ lục: Dữ liệu quy trình bổ sung

Nội dung dưới đây tổng hợp các bảng và số liệu được chuyển từ các bài viết cùng chủ đề trước đây (id cũ 29, 35, 38, 41, 42, 43, 46). Tất cả số, đơn vị, ký hiệu mác và số tiêu chuẩn không thay đổi.

A1. So sánh môi trường thấm cacbon

• Thấm cacbon khí: propan với khí mang
  • Dải nhiệt độ: 920–950°C
  • Tốc độ phát triển lớp (mm/h): 0,15–0,35
  • Phù hợp với: công việc theo lô, dịch vụ thấm cacbon bánh răng
• Thấm cacbon chân không: axetylen
  • Dải nhiệt độ: 950–1050°C
  • Tốc độ phát triển lớp (mm/h): 0,25–0,50
  • Phù hợp với: bánh răng độ chính xác cao, vòng trong
• Thấm cacbon trong bể muối: muối gốc xyanua
  • Dải nhiệt độ: 900–930°C
  • Tốc độ phát triển lớp (mm/h): 0,20–0,40
  • Phù hợp với: bánh răng mô đun nhỏ

A2. Chiều sâu lớp cứng hiệu dụng so với mô đun bánh răng

A3. Yếu tố chi phối biến dạng

• Trước khi thấm cacbon: ủ thường cùng với ram nhiệt độ cao cắt giảm ứng suất gia công dư và có thể giảm biến dạng liên quan đến tôi từ 30%–50%
• Nhiệt độ bắt đầu tôi: nằm trong khoảng 30–50°C trên Ac3 là tốt nhất; nóng hơn làm tăng nguy cơ biến dạng
• Môi trường làm nguội: dầu nóng giữ ở 80–120°C cho biến dạng ít hơn 40%–60% so với dầu ở nhiệt độ phòng
• Bố trí lô: đặt bánh răng thẳng đứng hoặc treo trên đồ gá chuyên dụng; không xếp chồng

A4. Một trường hợp từ xưởng

Lưu ý: Trong một công việc bánh răng côn xoắn m=5 gần đây với yêu cầu chính xác DIN 6, tuyến được chọn là thấm cacbon chân không kết hợp với tôi phân cấp. Ba lần điều chỉnh đã đưa độ lệch hình dạng vào trong 0,08 mm và lần kiểm tra đầu tiên đạt 92% chi tiết.

A5. Lịch trình ba giai đoạn: phân chia thời gian và tốc độ gia nhiệt

• Giai đoạn một — gia nhiệt và cân bằng: 850–930°C
  • Tỷ lệ chu trình: 15–20%
  • Điểm kiểm soát: gia nhiệt không nhanh hơn 100°C/h
• Giai đoạn hai — tăng cường: 920–950°C
  • Tỷ lệ chu trình: 50–60%
  • Điểm kiểm soát: mức cacbon 1,05-1,20%C; thời gian lấy từ công thức chiều sâu lớp cứng
• Giai đoạn ba — khuếch tán: 880–920°C
  • Tỷ lệ chu trình: 20–30%
  • Điểm kiểm soát: mức cacbon giảm xuống 0,80-0,95%C để gradient phẳng hơn

A6. Công thức chiều sâu và hệ số PinyiGear

Chiều sâu lớp cứng hiệu dụng ( DS = k \times \sqrt{t} )

Số liệu từ sản xuất PinyiGear:

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

Minh họa: đạt DS=1,2mm cần khoảng 3,4h tăng cường ở 920°C, trong khi 940°C giảm xuống còn khoảng 2,4h — nhưng tăng 20°C mang theo khả năng hạt lớn lên cao hơn đáng kể.

A7. Môi trường tôi, khuấy và độ cứng lõi theo mác thép

A8. Nghiệm thu tổ chức tế vi

Yêu cầu tổ chức tế vi (theo ISO 6336 / GB/T 3480)

A9. Xác minh cacbon, xử lý lạnh và oxy hóa sơ bộ

1. Kiểm tra cacbon khí quyển mỗi ca: đầu dò oxy cần hiệu chuẩn hàng tháng, và thử lá thép (±0,05%C) nên xác nhận số đọc vào đầu mỗi ca — nếu không có điều này, không thông số nào khác có thể tin cậy.
2. Xử lý lạnh có lợi cho công việc chính xác: khi DS đạt 1,5mm hoặc hơn, ngâm ở −80°C × 2h sau tôi giảm austenit còn lại từ 15–20% xuống 5–8%, cải thiện rõ rệt hành vi kích thước.
3. Không bỏ qua oxy hóa sơ bộ: giữ ở 380–420°C × 30 phút tạo các tâm mầm Fe₃O₄ trên bề mặt, nâng độ đồng nhất thấm cacbon lên 30% hoặc hơn.
4. Biến dạng được quyết định sớm: độ tán xạ độ cứng sau rèn và ủ thường (giữ trong ≤10HB) ảnh hưởng đến biến dạng cuối cùng mạnh hơn bất cứ điều gì làm trong lò thấm cacbon.

A10. Chọn chiều sâu lớp cứng theo quy tắc ngón tay cái

Quy tắc ngón tay cái chọn chiều sâu lớp cứng

$$d = (0,1 \sim 0,2) \times m_n$$

Ở đây (d) là chiều sâu lớp cứng hiệu dụng (mm) và (m_n) là mô đun pháp tuyến của bánh răng (mm). Minh họa: bánh răng mô đun 4 cần lớp cứng 0,4–0,8 mm.

A11. So sánh các tuyến thấm cacbon, bao gồm plasma

A12. Lịch trình tôi phân cấp

A13. Định hướng trong lò

• Răng hướng lên: khí đến chân răng dễ hơn, mặc dù thoát dầu trong quá trình tôi kém hơn
• Răng hướng xuống (treo): tôi đồng đều hơn, nhưng mức cacbon ban đầu phải đặt cao hơn

A14. Bốn thông số quan trọng nhất

• Chiều sâu lớp cứng hiệu dụng (CHD): 0,3–2,5 mm
  • Ảnh hưởng đến bánh răng: quá mỏng dễ bong tróc do mỏi tiếp xúc; quá dày làm mất độ dai va đập
• Nồng độ cacbon ở bề mặt: 0,7%–1,0% C
  • Ảnh hưởng đến bánh răng: giá trị thấp làm độ cứng không đạt; giá trị cao để lại austenit còn lại và mài mòn nhanh hơn
• Nhiệt độ bắt đầu tôi: 800–860°C (tôi trực tiếp)
  • Ảnh hưởng đến bánh răng: định hình martensite và cách phân bố ứng suất dư
• Nhiệt độ ram: 160–200°C
  • Ảnh hưởng đến bánh răng: giảm ứng suất, ổn định tổ chức và bảo toàn độ cứng

A15. Mô đun, CHD và thời gian thấm cacbon

Đối với giới hạn dưới, dùng CHD ≈ 0,2 × (Mô đun + 1).

A16. Nhiệt độ tôi và môi trường làm nguội

Nhiệt độ tôi được đặt ở Ac3 + 30~50°C, thực tế rơi vào khoảng 810~840°C. Các lựa chọn môi trường:

• Tôi dầu: phù hợp cho bánh răng mô đun ≤ 8, với biến dạng có thể kiểm soát
• Tôi bể muối hoặc tôi khuôn: lựa chọn cho bánh răng chính xác thành mỏng hoặc lớn, giữ độ lệch hình dạng trong 0,05mm

A17. Biện pháp khắc phục khuyết tật và thực hành xếp lô

Biến dạng quá mức

• Nguyên nhân: gia nhiệt không đều, làm nguội quá nhanh, hoặc hình học bánh răng không đối xứng
• Biện pháp: gia nhiệt sơ bộ ở 500°C trong 30 phút, sau đó tôi dưới áp lực khuôn

Độ cứng bề mặt dưới 58HRC

• Nguyên nhân: bắt đầu tôi quá nguội hoặc thiếu khả năng làm nguội
• Biện pháp: xác minh nhiệt độ dầu (tối ưu: 40~80°C) và thay môi trường đã xuống cấp

Bong tróc lớp cứng

• Nguyên nhân: gradient cacbon qua vùng chuyển tiếp quá đột ngột
• Biện pháp: kéo dài giai đoạn khuếch tán thêm 1~2h để cacbon giảm dần

Điểm thực hành

Hồ sơ xưởng PinyiGear cho thấy cách xếp lò quyết định khoảng 60% thành công của thấm cacbon. Đặt bánh răng với mặt răng hướng lên ở khoảng cách đều (ít nhất 10mm) cho khí lưu thông tự do và tránh vấn đề quen thuộc là lớp cứng mỏng ở chân răng kết hợp với cacbon dư ở đỉnh răng. Trước khi cam kết một lô, hãy xác nhận quy trình trên chi tiết đầu tiên bằng thử nghiệm đo độ cứng vi mô theo chiều sâu.

A18. Thông số cho thấm cacbon lớp sâu (12~50 h)

• Nhiệt độ lò: 920–950°C
  • Ảnh hưởng: tăng 10°C làm tốc độ khuếch tán nhanh hơn khoảng 20%
• Mức cacbon: tăng cường ở 1,0–1,2%C, khuếch tán ở 0,75–0,85%C
  • Ảnh hưởng: quá cao tạo ra mạng cacbit
• Thời gian: 12–50 giờ (phụ thuộc chiều sâu)
  • Ảnh hưởng: chiều sâu theo √t
• Nhiệt độ tôi: 820–860°C
  • Ảnh hưởng: tôi trực tiếp hoặc tôi lại
• Nhiệt độ dầu tôi: 60–120°C
  • Ảnh hưởng: quyết định tốc độ chuyển biến martensite
• Nhiệt độ ram: 160–200°C
  • Ảnh hưởng: ram nhiệt độ thấp giảm ứng suất

A19. Mác vật liệu và tỷ lệ CHD/mô đun

Các mác thường được chỉ định:

• 18CrNiMo7-6 — trụ cột cho hộp số tuabin gió
• 20CrMnTi — dùng rộng rãi cho bánh răng truyền động thông dụng
• 17CrNiMo6 — được chọn khi tuổi thọ mỏi phải rất cao

Trong thực tế, CHD ≈ (0,15–0,25) × mô đun. Do đó bánh răng mô đun m=10 cần CHD = 1,5–2,5mm

A20. Bù biến dạng trước và dữ liệu tuabin gió

Bù biến dạng trước

Xây dựng hình dạng ngược vào thiết kế là cách rẻ nhất để kiểm soát kết quả:

• Tạo đỉnh trước: 0,01–0,05mm bù ngược xuất phát từ tỷ lệ L/D
• Bù co rãnh răng: 0,02–0,04mm dung sai âm áp dụng cho bánh răng thành mỏng

Lưu ý: Trên một bánh răng tuabin gió m=12, ba lần chạy thử đã phát hiện độ lệch đỉnh hình côn. Đưa vào 0,025mm bù côn ngược ở giai đoạn gia công thô đã cắt biến dạng từ 0,06mm xuống 0,015mm.

A21. Lựa chọn môi trường tôi và nguy cơ biến dạng

A22. Tôi, ram và xử lý lạnh cho lớp sâu

Lưu ý: Bánh răng có CHD ≥3mm tốt nhất nên chạy qua tôi phân cấp. Thời gian chu trình tăng khoảng 30%, nhưng biến dạng prôfin giảm hơn một nửa. Dữ liệu biến dạng tích lũy từ công việc thấm cacbon bánh răng lớn của PinyiGear có sẵn trên trang năng lực của chúng tôi.

Ram và ổn định kích thước

Ram nhiệt độ thấp (160–200°C) loại bỏ khoảng 60% ứng suất tôi, mặc dù nó để lại phần lớn austenit còn lại nguyên vẹn. Khi yêu cầu cấp chính xác D hoặc tốt hơn:

• Ram lần một: 180°C × 3h
• Ram lần hai: 170°C × 4h (trở về nhiệt độ phòng giữa hai lần)
• Ngâm lạnh sâu tùy chọn: −80°C × 1h để loại bỏ austenit còn lại

A23. Chỉ số kiểm tra cho lớp sâu

A24. Khuyết tật lớp sâu và cách xử lý

• Mạng cacbit: mức cacbon quá cao trong khi khuếch tán
  • Khắc phục: giảm mức cacbon khuếch tán xuống 0,75–0,80%C
• Khử cacbon ở bề mặt: khí quyển điều chỉnh kém
  • Khắc phục: kiểm tra đầu dò oxy; bảo vệ bằng metanol + N₂
• Biến dạng vượt dung sai: làm nguội không đều, hoặc ứng suất tập trung
  • Khắc phục: cải thiện đồ gá và đưa bù biến dạng trước vào thiết kế
• Độ cứng dưới mục tiêu: nhiệt độ tôi đặt quá thấp
  • Khắc phục: nâng lên 840–860°C và kiểm tra xem dầu tôi có bị lão hóa không

A25. Giai đoạn tăng cường, khuếch tán và tôi

• Giai đoạn tăng cường: 930±10°C với mức cacbon 1,10-1,20%C
  • Theo dõi: lớp phát triển 0,15-0,25mm mỗi giờ
• Giai đoạn khuếch tán: 920±10°C với mức cacbon 0,80-0,90%C
  • Theo dõi: giữ gradient cacbon mượt và ngăn mạng xementit
• Giai đoạn tôi: 830–860°C (tôi trực tiếp)
  • Theo dõi: làm nguội phải vượt tốc độ tới hạn martensite (khoảng 50°C/s trong dầu)

A26. CHD so với mô đun với yêu cầu gradient độ cứng

A27. Các dạng biến dạng và cách khắc phục

Kiểm soát biến dạng

Biến dạng sau thấm cacbon vẫn là vấn đề nan giải trong công việc truyền động bánh răng chính xác. Các dạng thường thấy nhất:

Biện pháp khắc phục:

1. Ủ thường cộng ram trước khi gia công — điều này làm mịn hạt và làm đều ứng suất bên trong
2. Tôi từ ngay dưới Ac3 (vùng tới hạn) để ứng suất nhiệt thấp hơn
3. Giữ hình học bằng áp lực khuôn hoặc đồ gá tại trạm tôi
4. Để lượng dư cho nguyên công mài tinh sau xử lý nhiệt

Lưu ý: Trong công việc gia công bánh răng chính xác của PinyiGear, việc chèn ủ giảm ứng suất ở 650°C trong 2h trước khi thấm cacbon đã cắt biến dạng trên bánh răng C22 (8620) hơn 40%. Nhiệt độ ủ phải nằm trên bất kỳ bước nhiệt trước đó — khoảng 100°C cao hơn nhiệt độ thấm cacbon — nếu không giảm ứng suất sẽ không hoàn toàn.

A28. Kiểm tra thường quy và giới hạn nghiệm thu

A29. Khử cacbon, martensite thô và lớp không martensite

Khuyết tật và giải pháp

Lưu ý: Trong các biến số thấm cacbon, cacbon bề mặt là yếu tố thường bị đánh giá thấp nhất. Giá trị trên 1,0%C kết tủa mạng cacbit làm giảm tuổi thọ mỏi tiếp xúc, trong khi giá trị dưới 0,7%C để độ cứng quá thấp. Đối với công việc bánh răng tùy chỉnh, chúng tôi chạy phân tích cacbon loại bỏ lớp trên mỗi lô và kết hợp với kiểm tra biến dạng CMM đầy đủ, giúp chất lượng giao hàng nhất quán.

A30. Thấm cacbon chân không áp suất thấp so với khí

A31. LPVC đang hướng tới đâu

Triển vọng ứng dụng của LPVC

Khi hệ truyền động điện khí hóa và truyền động bánh răng chính xác đòi hỏi tuổi thọ mỏi dài hơn, thấm cacbon chân không áp suất thấp (LPVC) tiếp tục chuyển từ hàng không vào bánh răng công nghiệp cao cấp. Dự báo đưa mức áp dụng LPVC trong bánh răng hộp số xe khách lên trên 35% vào năm 2028.

A32. Các loại biến dạng, phạm vi và độ khó khắc phục

A33. Thép thấm cacbon: xu hướng biến dạng và dữ liệu Ms

• 20CrMnTi
  • Xu hướng biến dạng: Trung bình
  • Ứng dụng điển hình: Bánh răng hộp số ô tô, hiệu quả chi phí tốt nhất
• 20CrMo
  • Xu hướng biến dạng: Thấp
  • Ứng dụng điển hình: Bánh răng mô đun nhỏ đến trung bình, chi tiết nhạy cảm biến dạng
• 17CrNiMo6
  • Xu hướng biến dạng: Thấp
  • Ứng dụng điển hình: Bánh răng tải nặng, năng lượng gió & máy xây dựng
• 8620H
  • Xu hướng biến dạng: Trung bình
  • Ứng dụng điển hình: Chi tiết tiêu chuẩn xuất khẩu, kiểm soát dải độ tôi hẹp

A34. Chọn vật liệu cho bánh răng vành lớn thành mỏng

Lưu ý: Khi bánh răng vành có thành mỏng và đường kính trên 400mm, nên ưu tiên 17CrNiMo6 hoặc 20CrMo. Hợp kim của chúng cho điểm Ms thấp hơn (bắt đầu martensite khoảng 300~330°C), do đó ứng suất chuyển pha giảm hoàn toàn hơn — kiểm soát hình dạng tốt hơn khoảng 30% so với 20CrMnTi.

A35. Các biến số thấm cacbon cốt lõi

A36. Chọn môi trường tôi và đặt tốc độ khuấy

Kiểm soát quá trình tôi

Tốc độ làm nguội, và do đó biến dạng, phụ thuộc trực tiếp vào môi trường được chọn:

• Dầu tôi phân cấp (ưu tiên): 80~120°C, phù hợp tốt với thép bánh răng và thép thấm cacbon hợp kim
• Dầu tôi nhanh: chỉ dùng cho hình dạng đơn giản, với nguy cơ biến dạng lớn hơn
• Tôi đẳng nhiệt: bể muối 220~320°C, biến dạng tối thiểu nhưng chu trình chạy lâu hơn

Lưu ý: Khuấy tốt nhất giữ trong khoảng 0,5~1,0m/s. Dưới 0,3m/s làm nguội không đủ và độ cứng bị ảnh hưởng; trên 1,5m/s làm nguội không đều và co lỗ tăng 40%~60%. Khuấy điều khiển bằng VFD cho phép đặt phù hợp với tiết diện bánh răng.

A37. Thiết kế dung sai biến dạng và bù trước

Thiết kế dung sai biến dạng

Mô hình FEA dự đoán chi tiết sẽ dịch chuyển như thế nào, và ngược lại sự dịch chuyển đó được gia công vào ở giai đoạn cắt răng. Đối với mô đun 3~6, PinyiGear chạy mô-đun mô phỏng biến dạng thấm cacbon-tôi dựa trên ANSYS:

Bù biến dạng trước

A38. Cách kiểm tra biến dạng và tần suất

• Kích thước lỗ: đồng hồ khí nén hoặc CMM
  • Độ chính xác: ±0,002mm
  • Tần suất lấy mẫu: 100%
• Prôfin / đỉnh: trung tâm đo bánh răng (Klingelnberg/Gleason)
  • Độ chính xác: ±0,003mm
  • Tần suất lấy mẫu: 10%~20%
• Độ đảo mặt: đồng hồ so
  • Độ chính xác: ±0,005mm
  • Tần suất lấy mẫu: 100%
• Chiều sâu lớp cứng: kim tương hoặc độ cứng vi mô
  • Độ chính xác: ±0,05mm
  • Tần suất lấy mẫu: 1~3 chi tiết mỗi lô

A39. Ba đòn bẩy hiệu quả nhất cho biến dạng

Tóm tắt thực hành

Nhiều năm theo dõi tại xưởng và lặp lại quy trình đưa PinyiGear đến việc chọn ra ba đòn bẩy để kiểm soát biến dạng:

1. Kiểm soát tại nguồn: ghi dải độ tôi J9≤4HRC vào đặc tính mua vật liệu để độ tán xạ giữa các mẻ biến mất.
2. Làm đều nhiệt độ: chuyển từ thấm cacbon khí quyển cộng tôi dầu sang thấm cacbon chân không với tôi khí áp suất cao (10~20bar) — biến dạng giảm hơn 50%.
3. Thiết kế cho sự dịch chuyển: duy trì cơ sở dữ liệu biến dạng cấp công ty và đưa lịch sử của nó vào thiết kế bánh răng mới, để vòng lặp từ thiết kế đến sản xuất khép kín.