Pemilihan Bahan Gear & Rawatan Haba: 20CrMnTi dan 40Cr
Panduan bahan gear dan rawatan haba: 20CrMnTi untuk beban hentaman, 40Cr untuk transmisi stabil, kekerasan permukaan 58-62 HRC.
Panduan Praktikal Pemilihan Bahan Gear dan Pengoptimuman Proses Rawatan Haba
Kesimpulan utama: Prestasi perkhidmatan gear 70% bergantung pada padanan pemilihan bahan dan proses rawatan haba. 20CrMnTi (keluli karburizing) dan 40Cr (keluli pengkondisian) merupakan dua jenis bahan gear yang paling banyak digunakan pada masa ini; yang pertama sesuai untuk keadaan beban berat dan hentaman, manakala yang kedua sesuai untuk transmisi stabil berkelajuan sederhana dan rendah. Pemilihan bahan yang betul dan padanan laluan proses rawatan haba yang sepadan dapat meningkatkan hayat perkhidmatan gear sebanyak 3-5 kali.
Empat Kategori Utama Bahan Gear Biasa#
1.1 Keluli Karburizing (Keluli Pengerasan Permukaan)#
| Gred | Kekuatan tegangan (MPa) | Kedalaman lapisan pengerasan (mm) | Kekerasan permukaan (HRC) | Aplikasi tipikal |
|---|---|---|---|---|
| 20CrMnTi | ≥1080 | 0.8-1.2 | 58-62 | Gear kotak gear automotif, gear gandar pemacu |
| 20CrMo | ≥980 | 0.7-1.1 | 56-60 | Gear transmisi beban sederhana |
| 20CrNiMo | ≥1180 | 0.9-1.5 | 58-63 | Gear beban berat, jentera perlombongan |
1.2 Keluli Pengkondisian#
| Gred | Kekerasan pengkondisian (HRC) | Senario aplikasi | Ciri-ciri |
|---|---|---|---|
| 40Cr | 28-32 | Gear berkelajuan sederhana dan rendah | Sifat mekanikal menyeluruh yang baik |
| 42CrMo | 32-38 | Gear besar | Kebolehkerasan yang baik |
| 45# | 25-30 | Gear beban rendah | Kos rendah, mudah diproses |
1.3 Keluli Nitriding dan Keluli Pengerasan#
Kekerasan permukaan 38CrMoAl selepas nitriding boleh mencapai 900-1100 HV (kira-kira 65-70 HRC), rintangan haus sangat kuat tetapi lapisan pengerasan agak nipis (0.3-0.6mm), sesuai untuk gear ketepatan. Kekerasan GCr15 keluli galas selepas pengerasan ialah 60-65 HRC, digunakan untuk gear ketepatan modulus kecil.
1.4 Bahan Bukan Logam#
Gear plastik kejuruteraan seperti nilon (PA66+GF30), polioksimetilena (POM), dsb., sesuai untuk senario beban ringan dan bunyi rendah, suhu operasi maksimum biasanya tidak melebihi 120°C.
Perbandingan Laluan Proses Rawatan Haba#
2.1 Karburizing dan Pengerasan (Paling Biasa Digunakan)#
Penormalan → Pemprosesan kasar → Karburizing (920-950°C) → Pengerasan (820-860°C) → Pembajaan suhu rendah (180-200°C) → Pemprosesan halus
- Kelebihan: Permukaan keras teras liat, tahan haus dan tahan hentaman
- Jumlah ubah bentuk: 0.05-0.15mm (bergantung pada saiz gear)
- Elaun pengisaran gear yang disyorkan: Satu sisi 0.20-0.40mm
2.2 Rawatan Pengkondisian#
Pemprosesan kasar → Pengkondisian (pengerasan + pembajaan suhu tinggi) → Pemprosesan halus → (Pilihan: pengerasan aruhan permukaan gigi)
- Kelebihan: Proses mudah, ubah bentuk kecil, kos rendah
- Kekerasan yang sesuai: HB 240-320
2.3 Rawatan Nitriding#
Pengkondisian → Pemprosesan halus → Nitriding (500-530°C) → Pengisaran/Penggilapan
- Kelebihan: Ubah bentuk sangat kecil (0.01-0.03mm), tidak memerlukan pengisaran gear seterusnya
- Kekurangan: Kitaran pemprosesan panjang (20-60 jam), lapisan pengerasan nipis
2.4 Pengerasan Aruhan#
Sesuai untuk pengerasan gigi tunggal atau gigi penuh gear besar, kedalaman lapisan pengerasan boleh dikawal pada 1-5mm, kecekapan tinggi tetapi pelaburan peralatan besar.
Kecacatan Biasa dan Langkah Mengatasi#
| Jenis kecacatan | Punca | Langkah mengatasi |
|---|---|---|
| Karbida lapisan karburizing melebihi had | Potensi karbon terlalu tinggi atau masa resapan tidak mencukupi | Kurangkan potensi karbon kepada 0.8-1.0%C, panjangkan peringkat resapan |
| Retak pengerasan | Kadar penyejukan terlalu cepat atau kandungan karbon bahan terlalu tinggi | Pengerasan pra-penyejukan atau tukar kepada minyak pengerasan bertahap |
| Kekerasan tidak mencukupi | Suhu pengerasan rendah atau penyejukan tidak mencukupi | Periksa keseragaman suhu relau, tingkatkan kekuatan pengadukan |
| Ubah bentuk melebihi toleransi | Pemanasan tidak sekata atau kaedah pemuatan relau tidak betul | Gunakan pemuatan relau menegak, tambah peringkat pemanasan awal |
| Kesan terbakar semasa pengisaran | Elaun pengisaran terlalu besar atau penyejukan tidak mencukupi | Kawal kedalaman pengisaran ≤0.03mm/laluan |
Panduan Padanan Bahan-Rawatan Haba-Ketepatan#
| Gred ketepatan gear (ISO 1328) | Bahan disyorkan | Rawatan haba disyorkan | Pemprosesan seterusnya |
|---|---|---|---|
| Gred 5-6 (Ketepatan tinggi) | 20CrMnTi / 20CrNiMo | Karburizing dan pengerasan | Pengisaran gear |
| Gred 6-7 (Transmisi ketepatan) | 40Cr / 42CrMo | Pengkondisian + pengerasan aruhan permukaan gigi | Pengisaran gear atau pengisaran honing |
| Gred 7-8 (Serba guna) | 45# / 40Cr | Pengkondisian | Pengisaran gear dan terus digunakan |
| Gred 8-9 (Berlaju rendah) | Nilon/POM | Tidak perlu rawatan haba | Pengacuan suntikan |
Pengalaman Praktikal#
- Kawalan atmosfera karburizing adalah teras: Dalam atmosfera metanol + minyak tanah, kawalan turun naik potensi karbon dalam ±0.05%C adalah kunci untuk memastikan keseragaman lapisan karburizing. Adalah disyorkan untuk memeriksa kepekatan karbon sebenar menggunakan kaedah pengelupasan lapisan setiap 4 jam.
- Pembajaan suhu rendah tidak boleh diabaikan: Pembajaan yang tidak mencukupi akan meningkatkan risiko patah rapuh akar gigi. Untuk 20CrMnTi, 180°C×2j adalah had minimum.
- Rawatan haba persediaan mempengaruhi kualiti karburizing: Semakin seragam struktur penormalan, semakin konsisten lapisan karburizing. Kosong dengan struktur jalur yang serius akan mengalami kedalaman lapisan yang tidak sekata selepas karburizing, mesti dihapuskan pada peringkat penormalan.
- Proses pengisaran gear dan rawatan haba saling berkait: Jumlah ubah bentuk selepas karburizing dan pengerasan secara langsung mempengaruhi pengagihan elaun pengisaran gear. Sebelum pengeluaran bersiri, lakukan pengesahan percubaan karburizing 3-5 keping, dapat mengurangkan kadar kecacatan dengan ketara.
Bahan Rujukan#
- 《Bahan dan Rawatan Haba Gear》—— Standard industri gear JB/T 7516-2018
- 《Penentuan Kedalaman Lapisan Karburizing Bahagian Keluli》GB/T 9450-2020
- Geyon Transmission Panduan Keupayaan Pemprosesan Gear dan Pemilihan Bahan | Penyelesaian Pemprosesan Bukan Standard Gear Tersuai
- ISO 6336-5:2016 Keperluan kualiti bahan dan rawatan haba gear
Artikel ini adalah nota pembelajaran harian pasukan teknikal Geyon Transmission (Geyontech), ikuti Reka Bentuk Gear dan Pembuatan Ketepatan untuk kemas kini berterusan. Jika anda memerlukan konsultasi pemilihan gear, sila rujuk Alat Pengiraan Parameter Gear .