CHD bánh răng: quan hệ môđun và độ cứng lõi
CHD thường lấy 0,15-0,25 lần môđun: môđun dưới 2,5 lấy 0,6-0,9 mm, môđun 5-10 lấy 1,2-1,8 mm. Bánh răng 20CrMnTi đạt bề mặt HRC 58-62, lõi HRC 30-42.
Lớp bề mặt tôi cứng nên sâu bao nhiêu? Khớp CHD, mô-đun và độ cứng lõi cho bánh răng thấm cacbon
Điểm mấu chốt: Thấm cacbon và tôi là quy trình nhiệt luyện tiêu chuẩn cho bánh răng chịu tải nặng. Chiều sâu hóa cứng lớp bề mặt hiệu dụng (CHD — khoảng cách từ bề mặt sườn răng đến điểm mà độ cứng giảm xuống 550 HV) thường được chọn ở 0.15–0.25 × mô-đun pháp tuyến: 0.6–0.9 mm cho mô-đun đến 2.5, và 1.2–1.8 mm cho mô-đun 5–10. Nếu quá nông, sườn răng bị sập dưới ứng suất tiếp xúc Hertz; nếu quá sâu, chân răng trở nên giòn. Tổ hợp 20CrMnTi điển hình là 58–62 HRC ở bề mặt và 30–42 HRC ở lõi.
1. Thấm cacbon và tôi thực sự làm gì#
Thấm cacbon và tôi: nung bánh răng thép hợp kim cacbon thấp lên vùng austenit (920–950°C) trong môi trường giàu cacbon để cacbon khuếch tán vào bề mặt, rồi tôi để tạo thành lớp vỏ martensit cacbon cao cứng trên lõi cacbon thấp dai. Bề mặt cứng chống mài mòn, rỗ và xước; lõi dai chịu tải uốn ở chân răng.
Trình tự thông thường là thấm cacbon → tôi → ram ở 160–200°C trong 2–3 giờ. Ram loại bỏ ứng suất tôi; độ cứng bề mặt giảm ít trong khi độ dai chân răng phục hồi.
Thép điển hình: 20CrMnTi, 20CrMo, 17CrNiMo6, SAE 8620. Ở Trung Quốc, 20CrMnTi là lựa chọn được dùng rộng rãi cho mô-đun nhỏ và vừa — độ thấm tôi trung bình, và tôi dầu là đủ.
2. Xác định chiều sâu lớp hóa cứng hiệu dụng (CHD)#
CHD (Chiều sâu hóa cứng lớp bề mặt): khoảng cách vuông góc từ bề mặt đến độ sâu mà độ cứng Vickers giảm xuống 550 HV. Nó hữu ích hơn “tổng chiều sâu lớp hóa cứng” vì chỉ phần đủ cứng đến 550 HV mới thực sự chịu tải tiếp xúc.
Quy tắc kinh nghiệm: CHD ≈ 0.15–0.25 × mô-đun pháp tuyến.
| Mô-đun pháp tuyến mn (mm) | CHD khuyến nghị (mm) | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|
| ≤ 2.5 | 0.6 – 0.9 | Hộp số ô tô, hộp giảm tốc nhỏ |
| 2.5 – 5 | 0.9 – 1.3 | Hộp số công nghiệp thông dụng |
| 5 – 10 | 1.2 – 1.8 | Hộp số chịu tải nặng, truyền động máy cán |
| > 10 | 1.6 – 2.5 | Bánh răng máy khai thác mỏ và máy nghiền xi măng |
Quá nông, và ứng suất tiếp xúc Hertz vượt quá khả năng chịu của lớp bề mặt — sườn răng hỏng do tróc kiểu sập. Quá sâu, và dạng ứng suất dư thay đổi, làm chân răng dễ gãy giòn hơn. Sâu hơn không tự động tốt hơn.
3. Độ cứng bề mặt và độ cứng lõi đi đôi với nhau#
| Hạng mục | Phạm vi điển hình | Vai trò |
|---|---|---|
| Độ cứng bề mặt | 58–62 HRC (≈650–700 HV) | Chống mài mòn, xước và rỗ |
| Độ cứng lõi | 30–42 HRC | Độ bền mỏi uốn chân răng, độ dai |
| Hàm lượng cacbon bề mặt | 0.75–1.05% C | Độ cứng martensit, kiểm soát austenit dư |
Độ cứng lõi là hạng mục người ta thường quên. Trên khoảng 45 HRC, chân răng có ít dự trữ dẻo và vết nứt, một khi đã bắt đầu, lan rất nhanh. Dưới khoảng 28 HRC, độ bền chân răng giảm và tuổi thọ mỏi uốn giảm. Đối với 20CrMnTi ở trạng thái ủ thường hóa hoặc tôi và ram, độ cứng lõi thường nằm trong dải 30–38 HRC.
4. Thông số quy trình và các khuyết tật thường gặp#
Thấm cacbon diễn ra ở 930 ± 10°C với thế cacbon 0.75–1.05% C. Thời gian phụ thuộc vào chiều sâu mục tiêu và tải lò — khoảng 1–1.5 h mỗi 0.1 mm trong lò mẻ. Có hai phương án tôi: tôi trực tiếp (làm nguội từ nhiệt độ thấm cacbon xuống 830–850°C, rồi tôi dầu) hoặc tôi nung lại (làm nguội chậm sau thấm cacbon, austenit hóa lại và tôi — kiểm soát biến dạng tốt hơn, chu trình dài hơn).
| Khuyết tật | Triệu chứng | Nguyên nhân chính | Cách khắc phục |
|---|---|---|---|
| Thoát cacbon bề mặt / oxy hóa nội bộ | Điểm mềm, độ cứng sườn răng thấp | Điểm sương cao, thế cacbon thấp | Kiểm soát khí quyển lò, tăng CP |
| Hạt thô | Tổ chức tế vi thô | Quá nóng hoặc quá lâu | Kiểm soát nhiệt độ, thường hóa nếu cần |
| Biến dạng vượt dung sai | Sai lệch thẳng hàng của răng 0.02–0.08 mm | Xếp tải không đều, ứng suất tôi | Xếp tải đối xứng, lượng dư mài |
5. Chiều sâu lớp thấm được đo như thế nào#
- Phương pháp kim tương: ăn mòn và đo ranh giới martensite hoặc cacbit — nhanh, nhưng phụ thuộc vào chất lượng ăn mòn.
- Phương pháp gradien độ cứng (trọng tài): thực hiện một đường đo độ cứng từ bề mặt và đọc chiều sâu tại 550 HV. Đo tại giữa sườn răng và tại chân răng; hai yêu cầu có thể khác nhau.
Mẹo 1: Khi bản vẽ ghi “chiều sâu lớp thấm 1.0 mm”, hãy xác nhận ý là CHD hay tổng chiều sâu lớp thấm. Hai giá trị này khác nhau 0.2–0.4 mm; bỏ qua kiểm tra này sẽ khiến nhà cung cấp áp dụng sai tiêu chuẩn.
Mẹo 2: Tính lượng dư mài vào lớp thấm. Với lượng dư 0.2–0.3 mm mỗi sườn răng, hãy thấm cacbon đến CHD + lượng dư mài, nếu không lớp tôi cứng sẽ mất sau khi mài. Nhiều chi tiết bánh răng đã mài bị phế không phải do mài sai — đơn giản là lớp thấm bị để quá mỏng.
Mẹo 3: Lỗ ren, lỗ dầu và then hoa cần bảo vệ chống thấm cacbon (mạ đồng hoặc sơn chặn thấm, 0.03–0.05 mm). Bỏ qua bước này thì ren sẽ cứng và giòn; chúng bị sứt khi lắp ráp.
6. Ghi chú cuối#
Chiều sâu lớp thấm theo mô-đun, độ cứng lõi theo tính thấm tôi của vật liệu, và lượng dư mài theo bước gia công bánh răng chính xác ở công đoạn sau. Chốt cả ba yếu tố khi duyệt bản vẽ và bạn sẽ tiết kiệm rất nhiều công sửa lại về sau. Để được hỗ trợ về vật liệu và quy trình, xem danh mục sản phẩm bánh răng và trang năng lực của chúng tôi.
Geyontech — giải pháp truyền động bánh răng và gia công chính xác | Năng lực của chúng tôi | Danh mục sản phẩm bánh răng