Pemilihan Keluli Gear dan Kawalan Deformasi Rawatan Haba
Panduan memilih keluli gear seperti 20CrMnTi, 42CrMo dan 20CrMo mengikut keadaan kerja, serta kawalan deformasi rawatan haba untuk pembuatan ketepatan.
1. Pemilihan Keluli Gear — Panduan Praktikal#
Prinsip teras: Pemilihan bahan bukan hanya tentang kekuatan — ia tentang padanan.
| Aplikasi | Keluli Disyorkan | Rasional |
|---|---|---|
| Gear transmisi auto | 20CrMnTi | Prestasi kos terbaik: keliatan teras + permukaan 60HRC+ selepas pengkarbonan |
| Aci gear tugas berat | 42CrMo | Kekuatan 1080MPa+, kebolehkerasan baik untuk keratan besar |
| Gear ketepatan modul kecil | 20CrMo | Penyimpangan pengkarbonan minimum, elaun pengisaran boleh kawal (Gred 6+) |
| Gear gandar trak berat | 20CrNi2Mo | Penambahan Ni memberikan tenaga hentaman 63J+, menangani beban kejutan berat |
Data utama:
- 20CrMnTi (dikarbonkan): Rm≥1080MPa, teras 30~42HRC, tenaga hentaman ≥55J
- 42CrMo (Q&T): Rm≥1080MPa, kekerasan 269~321HB
- 20CrNi2Mo (dikarbonkan): Rm≥1180MPa, teras 35~45HRC, tenaga hentaman ≥63J
Pemeriksaan masuk: Spektrometer (komposisi) + penguji universal (mekanikal) + etsa asid (mikrostruktur). Persampelan: 1 setiap heat. Keperluan: keliangan am ≤Gred 2, kemasukan A/B ≤Gred 2.5, C/D ≤Gred 2.0, saiz butiran 5~8.
2. Kawalan Deformasi Rawatan Haba#
Deformasi ialah “pembunuh halimunan” dalam pembuatan gear — lebih sukar diurus daripada lebihan dimensi kerana coraknya tidak konsisten.
Jenis Deformasi & Punca Akar#
| Jenis | Manifestasi Biasa | Punca Akar |
|---|---|---|
| Keovalan | Bore/OD menjadi elips | Pemanasan tidak sekata + tegasan penyejukan tidak sekata |
| Tirus | Diameter berbeza di hujung | Perbezaan urutan penyejukan |
| Meleding | Pembengkokan paksi | Pembebasan tegasan baki + tegasan penyejukan |
| Perubahan profil gigi | Penurunan gred ketepatan | Kedalaman lapisan tidak sekata + tegasan struktur |
Langkah Kawalan Praktikal#
- Pra-pengoksidaan pada 400~500°C — menyeragamkan lapisan kes — jangan langkau langkah ini
- Penekan pelindapkejutan — berkesan untuk mengawal keovalan
- Suhu minyak: 60~80°C, kepekatan PAG 5~15%
- Pembekuan dalam pada -60~-80°C — meningkatkan kestabilan dimensi dengan ketara
- Sekurang-kurangnya 2 kitaran pembajaan, setiap ≥2h — kunci sebenar kepada kestabilan ubah bentuk
Piawaian Pemeriksaan#
- Keovalan lubang: tolok udara, sampel 5~10 pcs, piawai ≤0.02mm
- Sisihan profil gigi/heliks: pusat pengukur gear mengikut GB/T 10095
3. Refleksi Hari Ini: Segi Tiga Tegasan-Ubah Bentuk-Ketepatan#
Pemilihan bahan → Kesukaran rawatan haba → Magnitud ubah bentuk → Ketepatan akhir
Ketiga-tiga pautan ini saling bergantung: pilihan bahan menentukan kesukaran rawatan haba, rawatan haba menentukan magnitud ubah bentuk, dan ubah bentuk menentukan sama ada sasaran ketepatan boleh dipenuhi.
Contoh: 20CrMo untuk gear ketepatan — herotan minimum, elaun pengisaran 0.15mm mencukupi. Gear yang sama dalam 20CrNi2Mo — keliatan lebih tinggi tetapi kawalan ubah bentuk lebih sukar, sekurang-kurangnya elaun 0.25mm diperlukan.
Keseimbangan “kos bahan vs. elaun pemesinan vs. kadar hasil” ialah tempat keuntungan sebenar dalam pembuatan gear.
Geyontech — Pembuatan Gear Ketepatan & Komponen Transmisi
Lampiran: Klasifikasi Bahan Gear, Kedalaman Lapisan Keras & Kawalan Potensi Karbon (digabungkan daripada Nota Pembelajaran Harian 2026-07-07)#
Lampiran 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 kelajuan tinggi tugas berat (paling biasa) | Dikarburkan 58-62 HRC |
| Keluli Penitridaan | 38CrMoAl, 40Cr (dinitrida) | Gear ketepatan tahan haus | Dinitrida 850-1100 HV |
| Keluli Tuang | ZG310-570, ZG40Cr | Gear besar | Penormalan/Q&T |
| Bukan logam | MC Nylon, POM | Gear bunyi rendah, beban ringan | — |
Lampiran 2: Laluan Proses Pengkarburan & Pemilihan Kedalaman Lapisan Keras#
Gear terkarbur menyumbang lebih daripada 80% gear tugas berat. Laluan proses:
Pengosongan → Penempaan → Penormalan → Larik kasar → Larik separa siap →
Hobing → Pengkarburan → Pengejutan + Pembajaan suhu rendah → Peening tembakan → Pengisaran siap
- Anggaran melalui modul: δ ≈ (0.15~0.25) × m (m ialah modul)
- Berdasarkan tegasan akar gigi: Kedalaman lapisan ≥ 1.2 × kedalaman keratan kritikal keletihan lenturan
- Rujukan biasa:
| Modul m (mm) | Kedalaman Lapisan Berkesan Disyorkan (mm) | Catatan |
|---|---|---|
| 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 pengkarburan 20h+ |
| >16 | 2.0-3.5 | Gear sangat besar, pengkarburan lapisan dalam |
Lampiran 3: Kesan Pemilihan Kedalaman Lapisan yang Tidak Betul#
| Terlalu Cetek — Lapisan Tidak Mencukupi | Terlalu Dalam — Lapisan Berlebihan |
|---|---|
| Pengelupasan keletihan sentuhan permukaan gigi | Masa pengkarburan 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 |
Lampiran 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, gigi pecah akibat hentaman
- Kaedah kawalan: Laraskan suhu pengerasan, kadar penyejukan, pilih bahan kebolehkerasan yang sesuai
Lampiran 5: 20CrMnTi & salah tanggapan kedalaman lapisan#
20CrMnTi menyumbang lebih 60% industri gear China, dengan kelebihan yang jelas:
- Unsur Ti menghaluskan butiran, kecenderungan pertumbuhan butiran rendah semasa pengkarbonan → membolehkan pengerasan 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 pengkarbonan suhu tinggi (perlu kawal potensi karbon ≤1.1%), jika tidak karbida mungkin melebihi had.
Ramai juruteknik secara tabiat menjalankan kedalaman lapisan hingga had atas atau bahkan melebihi. Ini adalah salah:
- Kedalaman lapisan berlebihan → taburan tegasan mampatan permukaan terjejas → hayat lesu mungkin sebenarnya berkurang
- Setiap tambahan 1mm kedalaman pengkarbonan memerlukan kira-kira 6-8j pada 930°C, kos melonjak
- Pendekatan yang betul: Tentukan kedalaman lapisan selamat minimum melalui simulasi medan tegasan akar gigi, simpan hanya elaun 0.1-0.2mm
Lampiran 6: Parameter tembakan peening selepas pengkarbonan#
Menambah tembakan peening selepas pengkarbonan dan pengerasan:
- Menghasilkan tegasan mampatan sisa 300-800 MPa pada permukaan akar gigi
- Hayat lesu lenturan boleh diperbaiki sebanyak 2-5 kali
- Parameter utama: Keamatan Almen 0.3-0.5A, liputan ≥100%
- Gear modulus besar memerlukan media tembakan berdiameter lebih besar (S170-S230)
Lampiran 7: Kawalan potensi karbon tiga peringkat#
Dalam pengkarbonan relau pelbagai guna, kami biasa menggunakan kawalan potensi karbon tiga peringkat:
- Peringkat penggalakan (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 berkurang
- Peringkat penyejukan: Turunkan kepada suhu pelindapkejutan, kekalkan atmosfera pelindung
Lampiran 8: Jadual rujukan pantas pemilihan bahan#
Lampiran 9: Prinsip pemilihan bahan#
Pemilihan bahan dan penentuan kedalaman kes adalah “asas” kepada kualiti gear. Jika semua ini salah, semua usaha pengisaran tepat seterusnya akan terbuang. Data industri menunjukkan bahawa >80% kegagalan awal gear berkaitan dengan isu rawatan haba — kedalaman kes tidak mencukupi atau herotan berlebihan.