Cách chọn vật liệu bánh răng: 20CrMnTi, 40Cr, 42CrMo và 17CrNiMo6 mỗi loại phù hợp ở đâu

Tóm lại: Chọn quy trình nhiệt luyện trước, sau đó mới chọn mác thép. Với bánh răng tốc độ thấp và trung bình chịu tải trung bình, 40Cr tôi và ram (HB 260–300 sau Q&T) thường là đủ; 42CrMo (HB 280–320) đáp ứng các tiết diện lớn hơn, nặng hơn. Khi mặt răng phải cứng để chịu tải nặng, hãy dùng thấm cacbon: 20CrMnTi đạt HRC 58–62 trên bề mặt với lõi HRC 30–42. Với bánh răng chính xác mô đun nhỏ nơi biến dạng là quan trọng, nitơ hóa 38CrMoAl cho độ cứng bề mặt khoảng HV 950–1100. Với cùng một phôi, thép thấm cacbon tốn khoảng 1,3–1,5× thép Q&T — chọn vật liệu về cơ bản là đánh đổi chi phí để lấy tuổi thọ mỏi.

1. Chọn quy trình nhiệt luyện trước; mác thép theo sau#

Chỉ mác thép không quyết định hiệu năng bánh răng; thép + nhiệt luyện mới quyết định. Cùng một thanh 40Cr có thể được tôi và ram hoặc hóa cứng bề mặt, và hai quy trình này khác nhau về hiệu năng hơn hai lần.

Ba quy trình phổ biến:

• Tôi và ram (Q&T): tôi, sau đó ram ở nhiệt độ cao, để đạt xoocbit ram. Độ cứng thường HB 240–320, độ bền và độ dai kết hợp hài hòa, đủ tốt cho bánh răng tốc độ thấp và trung bình với yêu cầu độ cứng mặt răng khiêm tốn.
• Thấm cacbon và tôi: thép cacbon thấp được thấm cacbon ở 920–950°C và tôi. Mactenxit cacbon cao trên mặt răng, lõi cacbon thấp dai — cứng bên ngoài, dai bên trong, phù hợp với bánh răng tải nặng có ứng suất tiếp xúc cao.
• Nitơ hóa: nitơ khuếch tán vào bề mặt trong môi trường có chứa amoniac ở khoảng 500–570°C, tạo thành lớp hóa cứng nitrua. Nhiệt độ quy trình thấp, biến dạng nhỏ, nhưng lớp thấm mỏng (thường 0,3–0,6 mm), nên phù hợp với bánh răng chính xác mô đun nhỏ không cần mài lần cuối.

Thứ tự chọn: tính ứng suất tiếp xúc mặt răng và ứng suất uốn chân răng trước, quyết định xem có cần hóa cứng bề mặt hay không; nếu có, chọn giữa thép thấm cacbon và thép nitơ hóa.

2. Các mác thép bánh răng phổ biến phù hợp ở đâu#

Chi phí dành cho cùng kích thước phôi, không bao gồm nhiệt luyện. Khoản tiền tăng thêm cho thép thấm cacbon mua lấy tuổi thọ mỏi tiếp xúc — dưới cùng tải trọng, mặt răng thấm cacbon nói chung chống rỗ mòn tốt hơn một bậc so với mặt răng Q&T.

Thép tôi và ram: 40Cr và 42CrMo#

40Cr là loại thép bánh răng Q&T được dùng rộng rãi nhất ở Trung Quốc — rẻ và dễ kiếm. 42CrMo có tính thấm tôi tốt hơn, nên các tiết diện dày hơn được tôi thấu, đó là lý do bánh răng trục mô đun lớn và đường kính lớn dùng nó. Với tải trung bình có mô đun dưới 8 và chiều rộng mặt răng vừa phải, Q&T 40Cr thường là đủ.

Thép thấm cacbon: 20CrMnTi và 17CrNiMo6#

20CrMnTi có tính thấm tôi trung bình nhưng đạt độ cứng yêu cầu bằng tôi dầu, nên nó chiếm ưu thế trong bánh răng tải nặng mô đun nhỏ và trung bình ở Trung Quốc; nó xuất hiện liên tục trong hộp số ô tô và các dự án bánh răng tùy chỉnh. 17CrNiMo6 có tính thấm tôi tốt hơn và lõi dai hơn, phù hợp với mô đun lớn và tải va đập rõ rệt — với giá cao hơn.

Thép nitơ hóa: 38CrMoAl#

38CrMoAl nitơ hóa cho độ cứng bề mặt cao với biến dạng nhỏ, và thường không cần mài lần cuối. Điểm hạn chế là lớp thấm mỏng: khả năng chịu mỏi tiếp xúc hạn chế, nên nó không thể chịu tải mặt răng cao. Chỉ dùng nó khi tính toán ứng suất tiếp xúc nằm dưới giới hạn.

3. Sai vật liệu hỏng trước tiên#

Ba trường hợp từ thực tế:

1. Đổi 20CrMnTi sang 40Cr. Bánh răng đầu ra của hộp giảm tốc bị rỗ, các vết rỗ xuất hiện sau khoảng 2.000 giờ chạy. Mặt răng 40Cr tôi và ram ở HB 285 có độ bền mỏi tiếp xúc thấp hơn lớp thấm cacbon, nên hỏng hóc là điều đã dự đoán trước — chỉ là bản vẽ chưa bao giờ kiểm tra ứng suất tiếp xúc.
2. Bánh răng module lớn thấm cacbon bằng 20CrMnTi. Bánh răng module 12 với chiều rộng mặt răng 120 mm chỉ đạt HRC 25–28 ở lõi, thấp hơn HRC 30 yêu cầu, nên độ bền uốn chân răng không đạt và nguy cơ gãy răng tăng lên. 20CrMnTi không thể tôi thấu qua các tiết diện dày; công việc này thuộc về 17CrNiMo6.
3. Chỉ 40Cr tôi và ram, không hóa cứng bề mặt, mài mòn mặt răng. Trên các mặt răng chạy nhanh với tỷ số trượt cao, độ cứng tôi và ram không thể chống mài mòn. Sau khi tôi bề mặt bằng cảm ứng lên HRC 45–52, mài mòn đã dừng lại.

Vật liệu sai không thể khắc phục bằng các công đoạn gia công tốt hơn ở hạ nguồn.

4. Bản vẽ phải ghi vật liệu đầy đủ#

Một bản vẽ bánh răng đầy đủ liệt kê ba thứ trong ô vật liệu: mác thép, nhiệt luyện, dải độ cứng. Chỉ ghi “40Cr” mà không có nhiệt luyện khiến nhà cung cấp phải đoán, và việc nghiệm thu biến thành một cuộc tranh cãi.

Hãy yêu cầu nhà cung cấp thép cấp giấy chứng nhận luyện — số mẻ nấu, thành phần hóa học, tổ chức thô đại — thường theo GB/T 3077. Dải tính tôi khác nhau giữa các nhà máy đối với cùng một mác thép, nên với sản xuất hàng loạt, hãy cố định nhà máy.

Ghi chú thực tế: trong quá trình phê duyệt bản vẽ ở công đoạn gia công bánh răng chính xác của chúng tôi, chúng tôi kiểm tra ba điều: ứng suất tiếp xúc mặt răng có nằm dưới giá trị cho phép của vật liệu không, kích thước tiết diện tính từ module và chiều rộng mặt răng có nằm trong giới hạn tính tôi không, và các yêu cầu độ cứng cùng vị trí đo có được ghi rõ không. Phần lớn việc làm lại không phải là vấn đề gia công; đó là vấn đề vật liệu hoặc ghi chú. Với các chi tiết thấm cacbon, chúng tôi giữ một thanh mẫu kèm theo mỗi lô, đo CHD và độ cứng bề mặt, và lưu dữ liệu để mọi hỏng hóc về sau đều truy được về mẻ nhiệt luyện. Để được hỗ trợ chọn lựa, hãy xem danh mục sản phẩm bánh răng; để biết chi tiết quy trình, xem trang năng lực của chúng tôi.

Geyontech — giải pháp truyền động bánh răng chính xác và gia công | Năng lực của chúng tôi | Danh mục sản phẩm bánh răng