So sánh thép bánh răng: 20CrMnTi, 40Cr, 42CrMo và 17CrNiMo6
Chọn quy trình nhiệt luyện trước, sau đó chọn mác thép. Bao gồm bánh răng 40Cr và 42CrMo tôi và ram, 20CrMnTi thấm cacbon, và 38CrMoAl nitơ hóa.
Quy trình nhiệt luyện đến trước; tên mác thép đến sau
Không có mác thép nào tự nó quyết định hiệu suất của bánh răng. Điều quyết định là sự kết hợp giữa mác thép và nhiệt luyện. Lấy một thanh 40Cr: tôi và ram nó, hoặc hóa cứng bề mặt, và hai kết quả khác nhau hơn gấp đôi.
Ba quy trình chiếm phần lớn công việc:
- Tôi và ram (Q&T) — chi tiết được tôi, sau đó giữ ở nhiệt độ cao để tạo sorbite ram. HB 240–320 là cửa sổ độ cứng thông thường. Độ dẻo và độ bền đạt được cùng lúc, đủ cho bánh răng tốc độ chậm và trung bình mà sườn răng không cần đặc biệt cứng.
- Thấm cacbon và tôi — mác thép cacbon thấp được giữ ở 920–950°C trong môi trường giàu cacbon, sau đó tôi. Cacbon nâng sườn răng thành martensite trong khi bên trong vẫn cacbon thấp và dẻo: lớp da cứng trên lõi mềm. Bánh răng chịu ứng suất tiếp xúc nghiêm trọng là ứng dụng tự nhiên.
- Nitơ hóa — ở khoảng 500–570°C, khí chứa amoniac đưa nitơ vào bề mặt, tạo vùng cứng nitrua. Biến dạng thấp vì nhiệt độ thấp, nhưng lớp nông (0,3–0,6 mm trong thực tế thông thường), hạn chế nó cho bánh răng chính xác mô-đun nhỏ không cần mài cuối.
Trình tự quyết định: tính ứng suất uốn chân răng và ứng suất tiếp xúc sườn răng trước. Điều đó cho biết bề mặt có cần hóa cứng không. Nếu cần, câu hỏi tiếp theo là thép thấm cacbon hay thép nitơ hóa.
Tóm lại: giải quyết quy trình nhiệt luyện trước mác thép. Bánh răng tốc độ chậm và trung bình dưới tải trung bình thường được phục vụ bởi 40Cr tôi và ram (HB 260–300 sau Q&T); 42CrMo (HB 280–320) đảm nhận khi tiết diện lớn hơn và nặng hơn. Khi sườn răng cứng là bắt buộc dưới tải nặng, thấm cacbon: 20CrMnTi cho HRC 58–62 ở bề mặt trên lõi HRC 30–42. Bánh răng chính xác mô-đun nhỏ, nơi biến dạng là mối quan tâm, phù hợp với nitơ hóa 38CrMoAl, với độ cứng bề mặt gần HV 950–1100. Trên cùng một phôi, thép thấm cacbon có chi phí khoảng 1,3–1,5 lần thép Q&T — chọn vật liệu về cơ bản là trả nhiều hơn để có tuổi thọ mỏi.
Ghép các loại thép bánh răng phổ biến với công việc
| Mác thép | Quy trình | Độ cứng | Nhiệm vụ điển hình | Chi phí phôi tương đối |
|---|---|---|---|---|
| 40Cr | Q&T | HB 260–300 | Tốc độ thấp/trung bình, tải trung bình, bánh răng máy công cụ, hộp giảm tốc thông dụng | 1,0 |
| 42CrMo | Q&T | HB 280–320 | Trục nặng mô-đun lớn, bánh răng đường kính lớn | 1,15 |
| 20CrMnTi | Thấm cacbon & tôi | Bề mặt HRC 58–62, lõi HRC 30–42 | Hộp số ô tô, bánh răng hộp giảm tốc công nghiệp | 1,35 |
| 17CrNiMo6 | Thấm cacbon & tôi | Bề mặt HRC 58–62, lõi HRC 33–45 | Hộp số hạng nặng, truyền động chính tuabin gió | 1,8 |
| 38CrMoAl | Q&T + nitơ hóa | Bề mặt ~HV 950–1100 | Bánh răng chính xác mô-đun nhỏ, giới hạn biến dạng chặt | 1,2 |
Các chi phí này giả định cùng kích thước phôi và không tính nhiệt luyện. Phần phụ trội của thép thấm cacbon mua tuổi thọ mỏi tiếp xúc: ở cùng tải, sườn răng thấm cacbon thường chống rỗ một cấp tốt hơn sườn răng Q&T.
40Cr và 42CrMo: cặp tôi và ram
Ở Trung Quốc, 40Cr là thép bánh răng Q&T thấy thường xuyên nhất — rẻ và sẵn có. 42CrMo cứng đến độ sâu lớn hơn, nên tiết diện nặng cứng suốt; tính chất đó là lý do bánh răng mô-đun lớn và đường kính lớn được cắt từ nó. Khi tải trung bình, mô-đun dưới 8 và chiều rộng mặt hạn chế, Q&T 40Cr thường làm được việc.
20CrMnTi và 17CrNiMo6: cặp thấm cacbon
Tính thấm tôi trong 20CrMnTi chỉ vừa phải, nhưng tôi dầu vẫn đưa nó đến độ cứng yêu cầu — lý do nó thống trị bánh răng hạng nặng mô-đun nhỏ và trung bình ở Trung Quốc và xuất hiện lặp lại trong hộp số ô tô và công việc bánh răng tùy chỉnh. Thấm sâu hơn và lõi dai hơn là những gì 17CrNiMo6 cung cấp, phù hợp với mô-đun lớn và tải va đập mạnh, với giá cao hơn.
38CrMoAl: lựa chọn nitơ hóa
Chi tiết 38CrMoAl nitơ hóa kết hợp độ cứng bề mặt cao với biến dạng tối thiểu, và mài cuối thường không cần thiết. Lớp vỏ nông là nhược điểm: khả năng mỏi tiếp xúc bị hạn chế, nên tải sườn răng nặng nằm ngoài tầm với. Chỉ dùng nó khi tính toán ứng suất tiếp xúc vẫn dưới giới hạn.
Bản vẽ hoàn chỉnh ghi vật liệu đầy đủ
Khối vật liệu của bản vẽ bánh răng hoàn chỉnh mang ba mục: mác thép, nhiệt luyện, dải độ cứng. Bỏ nhiệt luyện và chỉ ghi “40Cr”, nhà cung cấp sẽ phải đoán trong khi nghiệm thu trở thành tranh chấp.
Lấy giấy chứng nhận nhà máy từ nhà cung cấp thép — số lô nhiệt, thành phần hóa học, cấu trúc vĩ mô — thường theo GB/T 3077. Vì dải thấm tôi khác nhau giữa các nhà máy ngay cả với một mác, hãy khóa một nhà máy cho sản xuất hàng loạt.
Ghi chú thực hành: khi phê duyệt bản vẽ trong giai đoạn gia công bánh răng chính xác của chúng tôi, ba kiểm tra được thực hiện: ứng suất tiếp xúc sườn răng có dưới giá trị cho phép của vật liệu không, kích thước tiết diện ngụ ý bởi mô-đun và chiều rộng mặt có nằm trong tính thấm tôi không, và yêu cầu độ cứng cùng vị trí đo có được nêu rõ không. Làm lại thường bắt nguồn từ vật liệu hoặc ghi chú, không phải gia công. Mỗi lô thấm cacbon chúng tôi chạy đều có thanh thử kèm theo; CHD và độ cứng bề mặt được đo và hồ sơ được lưu, nên hỏng hóc sau này có thể truy nguyên về lô nhiệt của nó. Để xem xét các lựa chọn, duyệt dải sản phẩm bánh răng; thông tin quy trình nằm trên trang năng lực của chúng tôi.
Vật liệu sai thể hiện qua hỏng hóc
Hồ sơ của chúng tôi lưu ba công việc mang tính bài học:
- Dùng 40Cr ở nơi chỉ định 20CrMnTi. Rỗ xuất hiện trên bánh răng đầu ra hộp giảm tốc sau khoảng 2.000 giờ chạy. Độ bền mỏi tiếp xúc của sườn răng 40Cr Q&T ở HB 285 nằm dưới lớp thấm cacbon, nên kết quả có thể dự đoán — không ai đã chạy kiểm tra ứng suất tiếp xúc trên bản vẽ.
- Bánh răng mô-đun lớn thấm cacbon bằng 20CrMnTi. Độ cứng lõi trên bánh răng mô-đun 12 với chiều rộng mặt 120 mm chỉ đạt HRC 25–28, dưới yêu cầu HRC 30; độ bền uốn chân răng do đó thiếu và nguy cơ gãy răng tăng. Tiết diện dày sẽ không cứng suốt trong 20CrMnTi; công việc cần 17CrNiMo6.
- 40Cr Q&T không hóa cứng bề mặt, sườn răng bị mòn. Nơi sườn răng di chuyển nhanh và tỷ số trượt cao, độ cứng Q&T không bảo vệ chống mài mòn. Hóa cứng bề mặt bằng cảm ứng đến HRC 45–52 đã chấm dứt điều đó.
Không gì làm ở hạ nguồn có thể bù đắp cho vật liệu sai ngay từ đầu.
PinyiGear — truyền động bánh răng chính xác và giải pháp gia công | Năng lực của chúng tôi | Danh mục sản phẩm bánh răng