So sánh thông số kỹ thuật thép bánh răng giữa GB, DIN, JIS và AISI: Những gì có thể và không thể chuyển đổi

So sánh thông số kỹ thuật thép bánh răng giữa GB, DIN, JIS và AISI: Những gì có thể và không thể chuyển đổi

Lấy một bánh răng làm ví dụ. Một bản vẽ, có nguồn gốc Trung Quốc, chỉ định 20CrMnTi. Bản vẽ của người mua Đức ghi 16MnCr5 hoặc 20MnCr5. Từ Nhật Bản là SCM420, và từ Hoa Kỳ là 8620. Về ý nghĩa, bốn loại này nằm trong cùng một khu vực, nhưng không loại nào có thể được coi là giống hệt loại khác. Khi chúng ta đối chiếu chéo các mác thép, điều chúng ta thực sự làm là lấy một mác được định nghĩa trong một hệ thống tiêu chuẩn và đối chiếu nó với đối tác gần nhất trong hệ thống thứ hai, sử dụng cửa sổ thành phần hóa học và yêu cầu độ thấm tôi làm cơ sở. Kết quả chỉ là một sự tương ứng gần đúng. Thay thế là một vấn đề riêng biệt — chế tạo chi tiết bằng một mác khác với mác được ghi trên bản vẽ — và nó nhân lên khối lượng công việc: giới hạn trên và dưới của thành phần, đường cong tôi đầu mút, giới hạn tạp chất và cài đặt xử lý nhiệt đều đòi hỏi xác minh mới. Dưới đây là bảng đối chiếu chéo bốn hệ thống bao gồm ba họ thép bánh răng thông dụng (thấm carbon, tôi và ram, nitriding), dải tính chất cơ học của các mác GB, và năm kiểm tra trước bất kỳ thay thế nào.

I. Ba thuật ngữ cần phân biệt

Đối chiếu chéo mác thép. Sử dụng mối quan hệ gần đúng của dải thành phần hóa học và tính chất cơ học, một mác trong hệ thống tiêu chuẩn A được tương ứng với một mác tương đối gần trong hệ thống B. Kết quả là một dải ứng viên, không phải giấy phép thay thế.

Thay thế (thay thế vật liệu). Bản vẽ của khách hàng ghi một mác và nhà cung cấp sản xuất bằng mác khác. Thành phần, độ thấm tôi, độ sạch và quy trình xử lý nhiệt đều phải được xác nhận lại ở giai đoạn này, và trong hầu hết các trường hợp, khách hàng phải phê duyệt bằng văn bản.

Độ thấm tôi. Khả năng thép tạo ra lớp tôi cứng sâu đến đâu trong quá trình tôi xác định tính chất này; thử nghiệm tôi đầu mút (Jominy) là phương pháp đo, và GB/T 225 là tiêu chuẩn thực hiện trong nước. Hai mác có tên khớp hoặc gần khớp vẫn có thể theo các đường cong thấm tôi khác nhau — một điểm thất bại thường gặp khi thử thay thế.

II. Thép bánh răng thấm carbon: đối chiếu chéo bốn hệ thống

• Trung Quốc GB 20CrMnTi: — (không có tương đương trực tiếp)
  • Nhật Bản JIS: SMK22
  • Hoa Kỳ AISI/SAE: —
  • Ứng dụng phổ biến: Bánh răng thấm carbon kiểu hộp số ô tô, sử dụng nhiều trong nước
• Trung Quốc GB 20CrMo: 20CrMo5 / 1.7320
  • Nhật Bản JIS: SCM420
  • Hoa Kỳ AISI/SAE: 4118 / 4120
  • Ứng dụng phổ biến: Bánh răng thấm carbon mô-đun nhỏ và trung bình
• Trung Quốc GB 20CrNi2Mo: 20NiCrMo2-2 / 1.6523
  • Nhật Bản JIS: SNCM420
  • Hoa Kỳ AISI/SAE: 4320
  • Ứng dụng phổ biến: Bánh răng thấm carbon chịu tải nặng
• Trung Quốc GB 20CrNiMo: 20NiCrMo2-2 / 1.6523
  • Nhật Bản JIS: SNCM220
  • Hoa Kỳ AISI/SAE: 8620
  • Ứng dụng phổ biến: Bánh răng thấm carbon đa dụng

Khi bảng hiển thị “—”, hệ thống không có mác phổ biến nào có thể tương ứng trực tiếp. Điều đó không có nghĩa là thép thấm carbon Đức không thể chế tạo cùng loại bánh răng; nó có nghĩa là công việc phải trải qua kiểm tra độ thấm tôi và thành phần, và việc thay thế chỉ được thực hiện sau khi cả hai bên xác nhận. Trường hợp ngược lại cũng quan trọng: khi khách hàng ghi thép thấm carbon tiêu chuẩn Đức như 16MnCr5 hoặc 20MnCr5, nhà cung cấp nên xem xét kích thước mặt cắt và độ sâu lớp thấm yêu cầu trước khi quyết định chọn loại nào trong hai loại.

III. Thép bánh răng tôi và ram: đối chiếu chéo bốn hệ thống

• Trung Quốc GB 40Cr: 41Cr4 / 1.7035
  • Nhật Bản JIS: SCr440
  • Hoa Kỳ AISI/SAE: 5140
  • Ứng dụng phổ biến: Bánh răng tôi và ram tải trung bình
• Trung Quốc GB 42CrMo: 42CrMo4 / 1.7225
  • Nhật Bản JIS: SCM440
  • Hoa Kỳ AISI/SAE: 4140 / 4142
  • Ứng dụng phổ biến: Bánh răng độ bền cao đa dụng, trục bánh răng
• Trung Quốc GB 35CrMo: 34CrMo4 / 1.7220
  • Nhật Bản JIS: SCM435
  • Hoa Kỳ AISI/SAE: 4135
  • Ứng dụng phổ biến: Bánh răng mặt cắt trung bình
• Trung Quốc GB thép 45: C45 / 1.0503
  • Nhật Bản JIS: S45C
  • Hoa Kỳ AISI/SAE: 1045
  • Ứng dụng phổ biến: Bánh răng tốc độ thấp tải nhẹ
• Trung Quốc GB 40CrNiMo: 40CrNiMo6 / 1.6511
  • Nhật Bản JIS: SNCM439
  • Hoa Kỳ AISI/SAE: 4340
  • Ứng dụng phổ biến: Trục bánh răng độ bền cao
• Trung Quốc GB 34CrNiMo: 34CrNiMo6 / 1.6582
  • Nhật Bản JIS: —
  • Hoa Kỳ AISI/SAE: —
  • Ứng dụng phổ biến: Bánh răng tôi và ram mặt cắt lớn

Thép tôi và ram tương ứng gọn gàng hơn thép thấm carbon, vì các họ chứa crôm và chứa molypden có chuỗi sản phẩm trưởng thành trong mọi hệ thống. Một lưu ý. Sự tương ứng của thép 45 với C45 và S45C là phổ biến, nhưng thép 45 tự nó có độ thấm tôi hạn chế; khi mặt cắt lớn, độ cứng giảm qua mặt cắt mạnh hơn so với 42CrMo. Do đó, sử dụng thép 45 cho tôi và ram các chi tiết mặt cắt lớn cần được chú ý.

IV. Thép bánh răng nitriding: đối chiếu chéo

Mỗi hệ thống cung cấp ít mác thép nitriding, vì vậy phạm vi lựa chọn hẹp hơn so với thép thấm carbon. Nitriding mang lại biến dạng nhỏ và độ cứng bề mặt răng cao, phù hợp với các chi tiết chính xác không thuận tiện mài sau xử lý nhiệt. Đánh đổi là lớp cứng mỏng, loại trừ nó cho các điều kiện va đập mạnh.

V. Dải tính chất cơ học của các mác GB phổ biến

Những số liệu này dùng để đánh giá nhanh cấp mác. Giá trị cụ thể phụ thuộc vào giấy chứng nhận chất lượng của nhà máy thép và kiểm tra lại đầu vào.

Một dòng có thể đọc từ bảng này. Thép thấm carbon lấy độ bền từ lớp cứng bề mặt trong khi độ cứng lõi được giữ ở 30~45 HRC để duy trì độ dai; thép tôi và ram lấy độ bền từ tôi xuyên suốt, với độ cứng nằm trong dải 240~320 HB. Chọn con đường nào phụ thuộc vào việc ứng suất tiếp xúc bề mặt răng hay ứng suất uốn chân răng là quan trọng hơn, không phải mác nào nghe có vẻ tiên tiến hơn.

VI. Độ cứng như đơn vị chung để so sánh giữa các hệ thống

Một bản vẽ có thể ghi HRC, bản khác HB, bản thứ ba HV, vì vậy bất cứ khi nào một bánh răng phải được đánh giá theo cả ba, bước chuyển đổi là không thể tránh khỏi. Các mức thường gặp nhất (giá trị gần đúng):

• HRC 25: 255
  • HV: 260
  • Tương ứng điển hình: Thép carbon trung bình, tôi và ram
• HRC 30: 285
  • HV: 290
  • Tương ứng điển hình: Thép tôi và ram
• HRC 40: 370
  • HV: 380
  • Tương ứng điển hình: Thép carbon trung bình, tôi và ram
• HRC 48: 455
  • HV: 470
  • Tương ứng điển hình: 40Cr tôi cảm ứng
• HRC 52: 510
  • HV: 525
  • Tương ứng điển hình: Thép hợp kim, tôi
• HRC 58: 580
  • HV: 610
  • Tương ứng điển hình: 20CrMnTi, thấm carbon và tôi
• HRC 62: 640
  • HV: 670
  • Tương ứng điển hình: Thép gió / thép thấm carbon

Các mức yêu cầu độ cứng phổ biến cho bánh răng:

• Loại bánh răng Bánh răng thấm carbon và tôi: Thấm carbon + tôi + ram thấp
  • Dải độ cứng phổ biến: 58~62 HRC
  • Mô tả: Bề mặt răng cứng, lõi dai, chống va đập
• Loại bánh răng Bánh răng tôi và ram + tôi cảm ứng: Tôi và ram + tôi cảm ứng bề mặt răng
  • Dải độ cứng phổ biến: 48~55 HRC
  • Mô tả: Bề mặt răng cứng, lõi giữ độ dai
• Loại bánh răng Bánh răng tôi và ram: Tôi và ram
  • Dải độ cứng phổ biến: 280~320 HB
  • Mô tả: Độ bền trung bình, dùng cho tốc độ trung bình và thấp
• Loại bánh răng Bánh răng nitriding: Tôi và ram + nitriding khí/plasma
  • Dải độ cứng phổ biến: ≥50 HRC (lớp nitriding)
  • Mô tả: Biến dạng nhỏ, chống mài mòn
• Loại bánh răng Bánh răng tôi xuyên suốt: Tôi xuyên suốt + ram thấp
  • Dải độ cứng phổ biến: 45~55 HRC
  • Mô tả: Bánh răng mô-đun nhỏ

Các mối quan hệ chuyển đổi này chỉ đúng trong một phạm vi gần đúng. Dưới 20 HRC, thang Rockwell C cho sai số lớn và nên dùng thang HRB; dưới 450 HB, HRC và HB có thể ước lượng gần đúng là HRC ≈ (HB − 200) / 10. Vì sai số đo tăng ở vùng dưới 20 HRC, thang kiểm tra nên được thống nhất khi nghiệm thu.

VII. Năm mục cần kiểm tra trước khi thay thế

• Thành phần hóa học: Mỗi tiêu chuẩn có sự khác biệt về giới hạn trên và dưới cho Si, Mn, Cr, Ni, Mo; kiểm tra từng nguyên tố
• Độ thấm tôi: So sánh theo dữ liệu tôi đầu mút, không suy luận từ tên mác; mặt cắt càng lớn càng quan trọng
• Độ sạch: Mỗi tiêu chuẩn có yêu cầu khác nhau về hàm lượng S và P và mức tạp chất
• Quy trình xử lý nhiệt: Sau khi thay vật liệu, nhiệt độ thấm carbon, điện thế carbon, môi trường tôi và thông số ram cần được xác nhận lại
• Đặc điểm kỹ thuật của khách hàng: Khi bản vẽ ghi rõ tiêu chuẩn và mác, mua theo đặc điểm kỹ thuật; thay đổi cần khách hàng xác nhận

VIII. Hiểu biết thực tế

• Đối với đơn hàng xuất khẩu, trước tiên xác định khách hàng kiểm tra theo tiêu chuẩn nào. Bản vẽ có thể ghi 20CrMnTi trong khi khách hàng Đức kiểm tra theo tiêu chuẩn Đức; khó khăn thường không phải là chi tiết có thể chế tạo được hay không, mà là kiểm tra theo giá trị nào. Một câu trong thỏa thuận kỹ thuật ghi số hiệu tiêu chuẩn vật liệu và dải thành phần tiết kiệm nhiều rắc rối hơn là tranh cãi sau này.
• Tin vào đường cong tôi đầu mút hơn nhãn mác. Các nhà máy thép giao cùng mác danh nghĩa với dải độ thấm tôi khác nhau. Khi độ thấm tôi là yêu cầu, đưa giá trị J vào đặc điểm kỹ thuật mua hàng và xác minh trong kiểm tra lại đầu vào; điều đó tốt hơn là chỉ đọc mác trên giấy chứng nhận.
• Thay đổi vật liệu kéo theo thông số xử lý nhiệt. Chỉ thay đổi ghi chú trên bản vẽ trong khi gọi quy trình thấm carbon như trước là nguyên nhân phổ biến gây bất thường hàng loạt — khi hàm lượng niken thay đổi, độ sâu lớp thấm đạt được ở cùng điện thế carbon và thời gian cũng thay đổi.
• Báo cáo kiểm tra nên ghi đầy đủ mác, số hiệu tiêu chuẩn và trạng thái xử lý nhiệt. Khi kiểm tra xuất khẩu, báo cáo chỉ ghi “thép hợp kim, HRC58” khiến khách hàng không thể đối chiếu với yêu cầu bản vẽ; ghi đầy đủ cả ba sẽ khép kín chuỗi truy xuất nguồn gốc.

Giữa mác vật liệu và bánh răng thành phẩm có nhiều giai đoạn: gia công và kiểm tra bánh răng trụ chính xác, tiện, phay và xử lý nhiệt các chi tiết truyền động dạng trục, và quy trình gia công chính xác và mài bánh răng. Đối với các chi tiết dòng tiêu chuẩn như thanh răng, số hiệu chi tiết tự mã hóa vật liệu: trong GY-CSTGH-020-10-S, vị trí C là S45C và M là SCM440, trong khi 020 biểu thị mô-đun M2 và 10 biểu thị chiều dài 1000mm. Khi bản vẽ yêu cầu đánh giá kỹ thuật bao gồm vật liệu và xử lý nhiệt, liên hệ với chúng tôi.

PinyiGear cung cấp bánh răng chính xác và chi tiết truyền động theo bản vẽ, với tài liệu vật liệu và xử lý nhiệt có thể truy xuất nguồn gốc theo tiêu chuẩn ghi trên đơn hàng.