Pemilihan Bahan Gear dan Proses Karburisasi Secara Saintifik
Nota ini membincangkan klasifikasi bahan gear seperti 20CrMnTi dan 40Cr serta proses karburisasi dengan julat kekerasan 58-62 HRC untuk gear beban berat.
Nota Pembelajaran Harian — Bahan Gear & Rawatan Haba: Pemilihan Bahan Saintifik & Proses Pengkarburan
Tarikh: 2026-07-07 | Topik: Bahan Gear & Rawatan Haba | Sesi: 2
I. Sorotan Teknikal#
1. Klasifikasi Bahan Gear Biasa#
| Kategori Bahan | Gred Perwakilan | Senario Aplikasi | Julat Kekerasan |
|---|---|---|---|
| Keluli Karbon Berkualiti | 45#, 50# | Gear kelajuan rendah-sederhana, beban ringan | Q&T 220-280 HB |
| Keluli Aloi Q&T | 40Cr, 42CrMo, 35CrMo | Gear beban sederhana, kelajuan sederhana | Q&T 250-320 HB |
| Keluli Aloi Pengkarburan | 20CrMnTi, 20CrNi2Mo, 20CrMo | Gear tugas berat berkelajuan tinggi (paling biasa) | Dikarburkan 58-62 HRC |
| Keluli Nitriding | 38CrMoAl, 40Cr (dinitridakan) | Gear ketepatan tahan haus | Dinitridakan 850-1100 HV |
| Keluli Tuang | ZG310-570, ZG40Cr | Gear besar | Penormalan/Q&T |
| Bukan logam | MC Nylon, POM | Gear bunyi rendah, beban ringan | — |
2. Proses Pengkarburan & Pengejutan (Kaedah Rawatan Haba Teras)#
Gear dikarburkan merangkumi lebih 80% daripada gear tugas berat. Laluan proses:
Pemotongan kosong → Penempaan → Penormalan → Larik kasar → Larik separa siap →
Hobing → Pengkarburan → Pengejutan + Pembajaan suhu rendah → Peening tembakan → Pengisaran akhir
Formula Pemilihan Kedalaman Lapisan (Petua am):
- Anggaran melalui modul: δ ≈ (0.15~0.25) × m (m ialah modul)
- Melalui tegasan akar gigi: Kedalaman lapisan ≥ 1.2 × kedalaman keratan genting keletihan lenturan
- Rujukan biasa:
| Modul m (mm) | Kedalaman Lapisan Berkesan Disyorkan (mm) | Nota |
|---|---|---|
| 2-3 | 0.4-0.8 | Modul kecil, terlalu cetek berisiko hancur |
| 4-6 | 0.8-1.3 | Julat paling biasa untuk gear sederhana |
| 6-10 | 1.2-1.8 | Tugas berat memerlukan kawalan kecerunan yang ketat |
| 10-16 | 1.5-2.5 | Modul besar, masa pengarburan 20h+ |
| >16 | 2.0-3.5 | Gear sangat besar, pengarburan kes dalam |
3. Akibat Pemilihan Kedalaman Kes yang Tidak Betul#
| Terlalu Cetek — Kes Tidak Mencukupi | Terlalu Dalam — Kes Berlebihan |
|---|---|
| Pengelupasan kelesuan sentuhan permukaan gigi | Masa pengarburan panjang, kos berganda |
| Kekuatan lenturan akar gigi tidak mencukupi | Austenit sisa meningkat |
| Kekerasan teras tidak mencukupi untuk sokongan | Karbida permukaan kasar, kerapuhan meningkat |
| Kegagalan jangka pendek | Butiran kasar, keliatan hentaman menurun |
4. Kawalan Kekerasan Teras#
Kekerasan teras gear terkarbur sama kritikalnya:
- Julat disyorkan: 30-45 HRC (pinion ambil had atas, gear ambil had bawah)
- Terlalu rendah (<25 HRC): Risiko tinggi patah lesu akar gigi
- Terlalu tinggi (>48 HRC): Keliatan tidak mencukupi, hentaman menyebabkan patah gigi
- Kaedah kawalan: Laraskan suhu pelindapkejutan, kadar penyejukan, pilih bahan kebolehkerasan yang sesuai
II. Pandangan Praktikal#
Pandangan 1: Mengapa 20CrMnTi Menjadi “Serba Boleh”?#
20CrMnTi merangkumi lebih 60% industri gear China, dengan kelebihan yang jelas:
- Unsur Ti memperhalus butiran, kecenderungan pertumbuhan butiran rendah semasa pengarburan → membolehkan pelindapkejutan terus selepas penyejukan (menghapuskan pemanasan sekunder)
- Kebolehkerasan sederhana → kekerasan teras mudah dikawal pada 30-42 HRC
- Harga berpatutan, rantaian bekalan matang
Tetapi perhatikan: 20CrMnTi mempunyai kecenderungan untuk pengkarburan suhu tinggi (perlu mengawal potensi karbon ≤1.1%), jika tidak karbida mungkin melebihi had.
Cerapan 2: “Lebih baik terlalu dalam daripada terlalu cetek” Adalah Salah Tanggapan#
Banyak juruteknik secara tabiat menetapkan kedalaman lapisan ke had atas atau bahkan melebihi. Ini salah:
- Kedalaman lapisan berlebihan → taburan tegasan mampatan permukaan yang merosot → hayat keletihan mungkin sebenarnya menurun
- Setiap penambahan 1mm kedalaman pengkarburan memerlukan kira-kira 6-8h pada 930°C, kos melonjak
- Pendekatan betul: Tentukan kedalaman lapisan selamat minimum melalui simulasi medan tegasan akar gigi, sediakan hanya elaun 0.1-0.2mm
Cerapan 3: Peening Tembakan Tidak Boleh Diabaikan#
Menambah peening tembakan selepas pengkarburan dan penyejukan cepat:
- Menghasilkan tegasan mampatan sisa 300-800 MPa pada permukaan akar gigi
- Hayat keletihan lenturan boleh dipertingkatkan sebanyak 2-5 kali
- Parameter utama: Keamatan Almen 0.3-0.5A, liputan ≥100%
- Gear modul besar memerlukan media tembakan diameter lebih besar (S170-S230)
Cerapan 4: Kawalan Potensi Karbon Tepat Ialah Kemahiran Sebenar#
Dalam pengkarburan relau serbaguna, kami biasanya menggunakan kawalan potensi karbon tiga peringkat:
- Peringkat penggalak (potensi karbon 1.0~1.2%C): Penyerapan karbon pantas, kawal kedalaman lapisan
- Peringkat resapan (potensi karbon 0.8~1.0%C): Karbon meresap ke dalam, kepekatan permukaan menurun
- Peringkat penyejukan: Turunkan ke suhu penyejukan cepat, kekalkan atmosfera pelindung
III. Refleksi Hari Ini#
Pemilihan bahan dan penentuan kedalaman lapisan adalah “asas” kualiti gear. Jika ini salah, semua usaha pengisaran tepat seterusnya sia-sia. Data industri menunjukkan bahawa >80% kegagalan awal gear berkaitan dengan isu rawatan haba — kedalaman lapisan tidak mencukupi atau herotan berlebihan.
Bagi Geyontech, membina jadual pemilihan kedalaman lapisan piawai (seperti jadual kedalaman lapisan modul di atas) dan mengintegrasikannya ke dalam sistem sebut harga dan pengeluaran dapat menjimatkan banyak masa cuba-dan-ralat.
Geyontech · Gear Tepat & Sistem Transmisi · Pengumpulan Pengetahuan Teknikal