Thấm cacbon và tôi cứng bánh răng: Kiểm soát chất lượng và các biến số quy trình

Thấm cacbon và tôi cứng bánh răng: Kiểm soát chất lượng và các biến số quy trình

Điểm chính: Thấm cacbon kết hợp tôi cứng vẫn là phương pháp xử lý nhiệt được ưu tiên cho bánh răng chịu tải nặng. Việc nghiệm thu dựa trên ba phép đo: chiều sâu lớp thấm, độ cứng bề mặt và chiều sâu lớp thấm hiệu dụng. Giữ thế cacbon trong khoảng ±0,05%C và tôi ở Ac3 + 30~50°C, kết quả là độ dai của lõi ít nhất 40J/cm² cùng với 58~62HRC trên bề mặt — tiêu chuẩn tối thiểu mà một bánh răng đáng tin cậy phải đáp ứng.

1. Quy trình bao gồm những gì

Bánh răng được chế tạo từ các mác thép cacbon thấp — thường là 20CrMnTi, 20CrNiMo và 18CrNiMo7-6 — được đặt trong môi trường giàu cacbon ở nhiệt độ austenit hóa (900~950°C). Cacbon khuếch tán vào lớp ngoài, sau đó làm nguội nhanh chuyển lớp đó thành martensite cacbon cao. Kết quả thu được là một vật liệu tổng hợp: một lớp da cứng chống mài mòn bao bọc lấy lõi vẫn còn dẻo và dai.

Mỗi khi có liên quan đến bánh răng chịu tải nặng độ chính xác cao, đánh giá chất lượng độ cứng lớp thấm được quy định trong ISO 6336-5 là phương pháp mà PinyiGear sử dụng.

2. Các dạng khuyết tật và cách khắc phục

2.1 Biến dạng vượt giới hạn

Nguyên nhân điển hình là nung nóng không đồng đều, làm nguội quá mạnh hoặc hình dạng bánh răng không đối xứng. Khắc phục bằng cách nung sơ bộ ở 500°C trong 30 phút, sau đó tôi ép khuôn.

2.2 Độ cứng bề mặt dưới 58HRC

Thường nguyên nhân là nhiệt độ tôi được đặt quá thấp hoặc khả năng làm nguội không đủ. Kiểm tra nhiệt độ dầu (tối ưu: 40~80°C) và thay thế môi trường làm nguội đã bị lão hóa.

2.3 Bong tróc lớp thấm

Trách nhiệm thuộc về gradient cacbon giảm quá mạnh qua vùng chuyển tiếp. Thêm 1~2 giờ vào giai đoạn khuếch tán và độ giảm cacbon trở nên dần dần hơn.

3. Kiểm soát ba thông số cốt lõi

3.1 Nhiệt độ tôi và tốc độ làm nguội

Ac3 + 30~50°C là nhiệt độ tôi được khuyến nghị, trên thực tế có nghĩa là 810~840°C. Việc sử dụng môi trường làm nguội nào phụ thuộc vào chi tiết:

• Tôi dầu — phù hợp cho bánh răng có mô đun ≤ 8, biến dạng vẫn ở mức chấp nhận được
• Tôi muối / tôi ép khuôn — lựa chọn cho các chi tiết thành mỏng hoặc bánh răng chính xác lớn, giữ biến dạng trong phạm vi 0,05mm

3.2 Hàm lượng cacbon bề mặt

Phần khối lượng cacbon bề mặt tối ưu là 0,75% ~ 0,95%C. Vượt quá 1,0%C sẽ xuất hiện hai vấn đề: kết tủa cacbit mạng, làm giảm tuổi thọ mỏi tiếp xúc, và austenite dư trên 20%, làm giảm độ cứng. Giảm xuống dưới 0,7%C thì không thể đạt được giới hạn độ cứng bề mặt 58HRC.

3.3 Chiều sâu lớp thấm

Công thức thực nghiệm cho giới hạn dưới: CHD ≈ 0,2 × (Mô đun + 1).

4. Ghi chú tại xưởng

Dựa trên kinh nghiệm sản xuất của PinyiGear, 60% thành công của quá trình thấm cacbon phụ thuộc vào cách sắp xếp lò. Đặt bánh răng với mặt răng hướng lên trên và giữ khoảng cách đồng đều (≥10mm giữa các bánh răng) để dòng khí lưu thông đều; điều này ngăn ngừa khuyết tật quen thuộc là lớp thấm mỏng ở chân răng kết hợp với quá nhiều cacbon ở đỉnh răng. Xác nhận quy trình trước khi sản xuất hàng loạt bằng cách chạy thử nghiệm phá hủy (đo độ cứng vi mô theo mặt cắt) trên chi tiết đầu tiên.

5. Tài liệu tham khảo

• Tiêu chuẩn nhà máy PinyiGear

Ghi chú được tập hợp cho nghiên cứu kỹ thuật bởi PinyiGear Co., Ltd. — www.dgpinyi.com