Hướng dẫn lựa chọn xử lý nhiệt bánh răng: So sánh tôi cảm ứng, thấm nitơ và thấm cacbon

Phiên bản ngắn gọn

Liệu một bánh răng có trụ được hết chu kỳ làm việc hay hỏng vì rỗ bề mặt phần lớn phụ thuộc vào xử lý nhiệt. Ba phương pháp bao phủ hầu hết công việc công nghiệp:

• Thấm cacbon — 20CrMnTi, bề mặt HRC 58–62 trên lớp thấm 0,8–2,0 mm. Câu trả lời tiêu chuẩn cho bánh răng chịu tải cao ở mô-đun ≥ 3.
• Thấm nitơ khí — 40Cr hoặc 38CrMoAl, HV 550–900, hầu như không biến dạng kích thước. Được chọn cho bánh răng mảnh, dung sai chặt.
• Tôi cảm ứng — 42CrMo, HRC 50–55, rẻ nhất trong ba phương pháp. Phù hợp với bánh răng chịu tải trung bình làm từ thép cacbon trung bình.

PinyiGear vận hành cả ba phương pháp và giao bánh răng hoàn thiện ở DIN 6–8.

Xử lý nhiệt thay đổi gì bên trong răng

Phôi được nung nóng trên nhiệt độ tới hạn — hoặc giữ trong một dải nhiệt độ nhất định — giữ nhiệt, rồi làm nguội, có hoặc không có nguyên tố hợp kim khuếch tán vào trong, để tổ chức tế vi biến đổi. Cái bạn nhận được là mặt răng chống mài mòn trong khi vật liệu bên dưới vẫn dai.

Yêu cầu xuất phát từ ba chế độ hỏng: rỗ dưới mỏi tiếp xúc, nứt mỏi uốn tại chân răng, và mài mòn hoặc cào xước. Cả độ bền mỏi tiếp xúc của mặt răng lẫn độ bền uốn của chân răng đều do xử lý nhiệt quyết định, điều này giải thích tại sao các bộ truyền chạy khắc nghiệt hơn HRC 50 không thể sản xuất mà không có xử lý nhiệt.

So sánh bánh răng bề mặt mềm và bề mặt cứng

Chiều sâu lớp thấm hiệu dụng: con số quyết định trên bản vẽ

Chiều sâu lớp thấm hiệu dụng được đo vuông góc với mặt răng, từ bề mặt xuống đến nơi độ cứng giảm xuống mức quy định — thường là HV 550. Trên bản vẽ xử lý nhiệt, đây là giá trị nghiệm thu có trọng số lớn nhất.

Đối với chi tiết thấm cacbon, quy tắc ngón tay cái là chiều sâu lớp thấm ≈ mô-đun m × 0,15–0,25.

• M2: 0,5–0,8 mm
• M4: 0,8–1,2 mm
• M6: 1,2–1,6 mm
• M8–M10: 1,6–2,5 mm

Có ba lưu ý. Lớp thấm quá nông sẽ sụp đổ ở mặt răng và rỗ sớm. Lớp thấm quá sâu, hoặc lõi quá cứng, khiến răng giòn và dễ gãy hơn. Và gradient độ cứng cần giảm đều — chuyển tiếp dốc sẽ dẫn đến bong tróc lớp thấm.

Ba quy trình, so sánh song song

Chỉ xét giá trị, thấm cacbon vẫn là mặc định cho bánh răng công nghiệp. Thấm nitơ được chọn khi biến dạng phải gần như bằng không. Tôi cảm ứng đảm nhận khi giá cả và thời gian quay vòng là yếu tố quyết định. Đối với cả bánh răng thẳng và bánh răng nghiêng, PinyiGear kết hợp phương pháp với hình học răng và số lượng đặt hàng của bạn.

Chi tiết quy trình và kiểm soát thông số

Thấm cacbon và tôi

Vật liệu nền là thép cacbon thấp và thép hợp kim cacbon thấp như 20CrMnTi và 20CrMo. Ở 900–950 °C trong khí quyển giàu cacbon, cacbon khuếch tán vào lớp bề mặt; làm nguội tôi và ram nhiệt độ thấp tiếp theo. Tùy theo mô-đun và tải, chiều sâu lớp thấm được đặt từ 0,8 đến 1,5 mm. Độ cứng bề mặt đạt HRC 58–64 trong khi lõi ở HRC 30–42. Lớp bề mặt chống mài mòn trên lõi chịu va đập là lý do phương pháp này là tiêu chuẩn cho bánh răng hộp số ô tô.

Thấm nitơ

Ở đây phôi ban đầu là thép hợp kim cacbon trung bình hoặc thép tôi và ram — ví dụ 40Cr và 38CrMoAl. Nitơ khuếch tán ở 500–550 °C trong khí quyển amoniac phân hủy, và không có tôi sau đó. Chiều sâu lớp thấm nông, 0,2–0,5 mm, nhưng độ cứng bề mặt rất cao ở HV 800–1200. Vì biến dạng tối thiểu, nguyên công có thể được đặt cuối cùng trong quy trình, phù hợp với bánh răng chính xác và chi tiết thành mỏng.

Tôi cảm ứng

Thép cacbon trung bình và thép hợp kim cacbon trung bình như thép 45 và 40Cr phù hợp ở đây. Từ trường tần số cao đưa mặt răng lên nhiệt độ tôi, sau đó làm nguội phun. Nung chỉ giới hạn ở bề mặt răng trong khi lõi giữ trạng thái tôi và ram. Phương pháp nhanh, cục bộ và cho biến dạng có thể kiểm soát — phù hợp với bánh răng mô-đun lớn.

Kiểm soát thông số

Vị trí trong chuỗi sản xuất

1. Cắt → rèn → ủ / tôi & ram (HB 160–190)
2. Tiện thô → phay lăn răng hoặc xọc răng (để lượng dư mài 0,2–0,4 mm)
3. Thấm cacbon hoặc thấm nitơ khí, theo lựa chọn đã thực hiện trước đó
4. Hoàn thiện: mài răng (DIN 5–6) hoặc cà răng cộng mài khôn (DIN 6–7)
5. Kiểm tra cuối cùng: độ cứng, chiều sâu lớp thấm, kim tương, biên dạng răng và độ chính xác bước răng

Thấm nitơ làm chi tiết dịch chuyển rất ít đến mức có thể được lên lịch sau gia công tinh, không cần bước mài. Thấm cacbon làm dịch chuyển nhiều hơn, nên để lượng dư và mài sau đó đều bắt buộc. PinyiGear xử lý hàng loạt chi tiết trục cùng với bánh răng trong một chu kỳ xử lý, giúp giảm sai số gá kẹp lại.

Ghi chú thực tế và kiểm tra

• Chọn chiều sâu lớp thấm: áp dụng công thức dựa trên mô-đun, chiều sâu lớp thấm ≈ (0,15–0,25)×m. Chiều sâu thêm mua tính giòn; chiều sâu không đủ mất tuổi thọ mài mòn.
• Giới hạn thấm nitơ: lớp mỏng loại trừ nó ở nơi va đập nghiêm trọng, nhưng hiệu suất chống mài mòn và chống cào xước rất tốt — rất phù hợp với bánh răng tốc độ cao, tải nhẹ.
• Môi trường tôi: dầu làm nguội chậm và ít biến dạng hơn; nước làm nguội nhanh hơn nhưng tăng nguy cơ nứt.
• Thời điểm ram: ram hoàn thiện trong vòng 2 giờ sau khi tôi, nếu không sự chuyển biến austenit dư làm tăng khả năng nứt.
• Phạm vi kiểm tra: sau xử lý nhiệt, xác minh độ cứng bề mặt, độ cứng lõi, chiều sâu lớp thấm hiệu dụng (tại HV 550), và tổ chức kim tương (cấp martensit, hàm lượng austenit dư).

Danh sách kiểm tra lựa chọn

1. Bắt đầu từ mô-đun: m ≥ 3 → thấm cacbon; bánh răng mỏng độ chính xác cao ở m ≤ 2 → thấm nitơ.
2. Mục tiêu độ chính xác: DIN 5–6 cần mài để loại bỏ biến dạng thấm cacbon; thấm nitơ có thể dùng mà không cần mài.
3. Số lượng đặt hàng: chi phí thấm cacbon được hấp thụ tốt bởi lô lớn; đơn chiếc chỉ đến tôi cảm ứng.
4. Kiểu tải: với va đập nghiêm trọng, thấm cacbon tạo ứng suất nén thuận lợi ở bề mặt; với tải trung bình ổn định, tôi cảm ứng là đủ.
5. Sẵn có vật liệu: 20CrMnTi dễ tìm nguồn cung cấp trong nước; phôi rèn 42CrMo rẻ và dễ kiếm.
6. Tài liệu: khi yêu cầu báo cáo gradient độ cứng và kim tương, sử dụng lò thấm cacbon khí quyển kiểm soát.

Năng lực PinyiGear

Cấp chính xác, mô-đun, số răng và vật liệu theo bản vẽ của khách hàng.

• Dải mô-đun M0.5–M12, đường kính ngoài tối đa Φ600 mm
• Độ chính xác răng DIN 5–8

Bánh răng trục vít, thanh răng và toàn bộ dải năng lực cũng có sẵn, với gói vật liệu–quy trình–độ chính xác phù hợp với chu kỳ làm việc của bạn.

Bạn đang tìm hướng dẫn xử lý nhiệt và báo giá? Liên hệ đội ngũ kỹ thuật PinyiGear để được đánh giá miễn phí bao gồm chọn vật liệu, thiết kế chiều sâu lớp thấm và chi phí gia công. dgpinyi.com trang tiếng Anh

Một dòng: tuổi thọ của bánh răng một nửa là vật liệu và một nửa là xử lý nhiệt. Chọn đúng quy trình và kiểm soát thông số chặt chẽ, vật liệu sẽ cống hiến tất cả những gì nó có.