Đối chiếu mác thép bánh răng: Chuyển đổi và rủi ro thay thế giữa GB, DIN, JIS, AISI

Cùng một chi tiết bánh răng, bản vẽ Trung Quốc ghi 20CrMnTi, bản vẽ khách hàng Đức ghi 16MnCr5 hoặc 20MnCr5, bản vẽ Nhật Bản ghi SCM420, bản vẽ Mỹ ghi 8620 — bốn mác thép này có ý nghĩa gần giống nhau, nhưng không thể đánh dấu bằng trực tiếp. Đối chiếu mác thép là việc ánh xạ mác thép trong một hệ thống tiêu chuẩn này sang mác thép gần tương đương trong hệ thống tiêu chuẩn khác, dựa trên phạm vi thành phần hóa học và yêu cầu độ thấm tôi, đây là tương ứng gần đúng; còn thay thế (dùng mác thép khác thay thế vật liệu được chỉ định trên bản vẽ) thì phải trên cơ sở đó kiểm tra lại một lượt giới hạn trên/dưới thành phần, dữ liệu tôi đầu mút (Jominy), yêu cầu tạp chất và thông số nhiệt luyện. Dưới đây trình bày rõ bảng đối chiếu bốn hệ thống cho ba loại thép bánh răng thông dụng gồm thép thấm cacbon, thép tôi cải thiện, thép nitơ hóa, khoảng tính chất cơ học của các mác GB, cùng năm hạng mục phải kiểm tra trước khi thay thế.

I. Trước tiên phân biệt rõ định nghĩa của ba từ#

Đối chiếu mác thép: Theo quan hệ gần đúng về phạm vi thành phần hóa học và tính chất cơ học, đối chiếu mác thép của hệ thống tiêu chuẩn A sang mác thép gần tương đương trong hệ thống B. Nó đưa ra phạm vi ứng viên, không phải là giấy phép thay thế.

Thay thế (thay thế vật liệu): Khách hàng chỉ định một mác thép trên bản vẽ, nhà cung cấp dùng mác thép khác để sản xuất. Bước này phải xác nhận lại thành phần, độ thấm tôi, độ tinh khiết và quy trình nhiệt luyện, và thường cần khách hàng xác nhận bằng văn bản.

Độ thấm tôi: Khả năng của thép đạt được chiều sâu lớp cứng nhất định khi tôi, được xác định bằng thí nghiệm tôi đầu mút (Jominy), trong nước thực hiện theo GB/T 225. Hai mác thép có cùng tên hoặc tên gần giống nhau, đường cong độ thấm tôi có thể khác nhau — đây là hạng mục hay phát sinh vấn đề nhất trong thay thế.

II. Đối chiếu bốn hệ thống thép bánh răng thấm cacbon#

Trung Quốc GB	Đức DIN / W-Nr	Nhật Bản JIS	Mỹ AISI/SAE	Ứng dụng thông dụng
20CrMnTi	—（không có tương ứng trực tiếp）	SMK22	—	Bánh răng thấm cacbon loại hộp số ô tô, lượng dùng trong nước lớn
20CrMo	20CrMo5 / 1.7320	SCM420	4118 / 4120	Bánh răng thấm cacbon mô đun nhỏ và trung bình
20CrNi2Mo	20NiCrMo2-2 / 1.6523	SNCM420	4320	Bánh răng thấm cacbon tải nặng
20CrNiMo	20NiCrMo2-2 / 1.6523	SNCM220	8620	Bánh răng thấm cacbon thông dụng

Vị trí ghi「—」trong bảng biểu thị hệ thống đó không có mác thép thông dụng tương ứng trực tiếp, không có nghĩa là không thể dùng thép thấm cacbon của Đức để làm cùng loại bánh răng, mà phải đi qua bước kiểm tra độ thấm tôi và thành phần, do hai bên xác nhận rồi thay thế. Ngược lại, khi khách hàng chỉ định thép thấm cacbon theo tiêu chuẩn Đức như 16MnCr5, 20MnCr5, nhà cung cấp cũng phải xem kích thước mặt cắt và chiều sâu lớp cứng yêu cầu trước, rồi mới quyết định chọn loại nào.

III. Đối chiếu bốn hệ thống thép bánh răng tôi cải thiện#

Trung Quốc GB	Đức DIN / W-Nr	Nhật Bản JIS	Mỹ AISI/SAE	Ứng dụng thông dụng
40Cr	41Cr4 / 1.7035	SCr440	5140	Bánh răng tôi cải thiện tải trung bình
42CrMo	42CrMo4 / 1.7225	SCM440	4140 / 4142	Bánh răng cường độ cao thông dụng, trục bánh răng
35CrMo	34CrMo4 / 1.7220	SCM435	4135	Bánh răng mặt cắt trung bình
Thép 45	C45 / 1.0503	S45C	1045	Bánh răng tốc độ thấp tải nhẹ
40CrNiMo	40CrNiMo6 / 1.6511	SNCM439	4340	Trục bánh răng cường độ cao
34CrNiMo	34CrNiMo6 / 1.6582	—	—	Bánh răng tôi cải thiện mặt cắt lớn

Quan hệ tương ứng của đoạn thép tôi cải thiện gọn gàng hơn thép thấm cacbon, vì thép tôi cải thiện chứa crôm, chứa molypden đều có dòng sản phẩm chín muồi trong các hệ thống. Nhưng cần lưu ý: mặc dù tương ứng giữa thép 45 với C45, S45C rất phổ biến, bản thân thép 45 có độ thấm tôi hạn chế, khi mặt cắt lớn, độ cứng suy giảm theo mặt cắt rõ rệt hơn 42CrMo, chi tiết mặt cắt lớn dùng thép 45 tôi cải thiện cần thận trọng.

IV. Đối chiếu thép bánh răng nitơ hóa#

Trung Quốc GB	Đức DIN / W-Nr	Nhật Bản JIS	Mỹ AISI/SAE	Ứng dụng thông dụng
38CrMoAl	31CrMoV9 / 1.8519	SACM645	Nitralloy 135M	Bánh răng nitơ hóa chính xác

Thép nitơ hóa có số lượng mác thép ít trong các hệ thống, không gian lựa chọn nhỏ hơn thép thấm cacbon. Ưu điểm của xử lý nitơ hóa là biến dạng nhỏ, độ cứng mặt răng cao, thường dùng cho chi tiết chính xác không tiện mài răng sau nhiệt luyện, cái giá phải trả là lớp cứng mỏng, không phù hợp điều kiện va đập mạnh.

V. Khoảng tính chất cơ học của các mác GB thông dụng#

Dữ liệu dùng để nhanh chóng phán đoán cấp của mác thép, giá trị cụ thể lấy theo giấy chứng nhận chất lượng của nhà máy thép và kiểm tra lại khi nhập xưởng.

Mác thép	Trạng thái nhiệt luyện	Độ bền kéo Rm (MPa)	Giới hạn chảy ReL (MPa)	Độ giãn dài A (%)	Công va đập Akv (J)	Độ cứng
20CrMnTi	Thấm cacbon tôi + ram thấp	≥1080	≥835	≥10	≥55	Lõi 30~42 HRC
20CrMo	Thấm cacbon tôi + ram thấp	≥885	≥685	≥12	≥55	Lõi 30~42 HRC
20CrNi2Mo	Thấm cacbon tôi + ram thấp	≥1180	≥980	≥9	≥63	Lõi 35~45 HRC
40Cr	Tôi cải thiện	≥980	≥785	≥9	≥47	241~286 HB
42CrMo	Tôi cải thiện	≥1080	≥930	≥12	≥63	269~321 HB
Thép 45	Tôi cải thiện	≥650	≥360	≥16	≥39	217~255 HB

Từ bảng này có thể thấy một đường lối: cường độ của thép thấm cacbon đạt được nhờ lớp cứng bề mặt, độ cứng lõi được giữ ở 30~45 HRC để bảo toàn độ dai; cường độ của thép tôi cải thiện đạt được nhờ thấm tôi toàn bộ, độ cứng nằm trong khoảng 240~320 HB. Căn cứ lựa chọn hai con đường là ứng suất tiếp xúc mặt răng và ứng suất uốn chân răng cái nào căng hơn, không phải mác thép nào nghe có vẻ cao cấp hơn.

VI. Độ cứng là đơn vị chung để so sánh xuyên hệ thống#

Bản vẽ của các hệ thống khác nhau có thể ghi bằng HRC, HB, HV riêng biệt, khi đặt cùng một chi tiết bánh răng lại để kiểm tra phải quy đổi. Các mức thông dụng (giá trị gần đúng):

HRC	HB	HV	Tương ứng điển hình
25	255	260	Thép cacbon trung bình tôi cải thiện
30	285	290	Thép tôi cải thiện
40	370	380	Thép cacbon trung bình tôi + ram
48	455	470	40Cr tôi cao tần
52	510	525	Thép hợp kim tôi
58	580	610	20CrMnTi thấm cacbon tôi
62	640	670	Thép gió / thép thấm cacbon

Các mức yêu cầu độ cứng thông dụng của bánh răng:

Loại bánh răng	Phương thức nhiệt luyện	Khoảng độ cứng thông dụng	Ghi chú
Bánh răng thấm cacbon tôi	Thấm cacbon + tôi + ram thấp	58~62 HRC	Mặt răng cứng, lõi dai, chịu va đập
Bánh răng tôi cải thiện + tôi cao tần	Tôi cải thiện + tôi cao tần mặt răng	48~55 HRC	Mặt răng cứng, lõi giữ độ dai
Bánh răng tôi cải thiện	Xử lý tôi cải thiện	280~320 HB	Cường độ trung bình, dùng cho tốc độ trung bình thấp
Bánh răng nitơ hóa	Tôi cải thiện + nitơ hóa khí/ion	≥50 HRC (lớp nitơ hóa)	Biến dạng nhỏ, chống mài mòn
Bánh răng tôi toàn bộ	Tôi toàn bộ + ram thấp	45~55 HRC	Bánh răng mô đun nhỏ

Quan hệ quy đổi chỉ đúng trong phạm vi gần đúng: khi HRC thấp hơn 20 nên chuyển sang thang HRB; khi HB thấp hơn 450, HRC và HB có thể ước lượng gần đúng theo HRC ≈ (HB − 200) / 10. Vùng độ cứng thấp hơn 20 HRC đo bằng thang Rockwell C có sai số lớn, khi nghiệm thu nên thỏa thuận thang đo kiểm tra.

VII. Năm hạng mục phải kiểm tra trước khi thay thế#

Hạng mục kiểm tra	Nội dung cụ thể
Thành phần hóa học	Các tiêu chuẩn có khác biệt về giới hạn trên/dưới của Si, Mn, Cr, Ni, Mo, kiểm tra từng nguyên tố
Độ thấm tôi	So sánh theo dữ liệu tôi đầu mút, không suy đoán theo tên mác thép; mặt cắt càng lớn càng quan trọng
Độ tinh khiết	Các tiêu chuẩn có yêu cầu khác nhau về hàm lượng S, P và cấp tạp chất
Quy trình nhiệt luyện	Sau khi đổi vật liệu, nhiệt độ thấm cacbon, thế cacbon, môi trường tôi, thông số ram cần xác nhận lại
Khách hàng chỉ định	Khi bản vẽ chỉ định rõ tiêu chuẩn và mác thép, mua theo chỉ định, thay đổi cần khách hàng xác nhận

VIII. Kinh nghiệm thực tiễn#

Đơn hàng xuất khẩu trước tiên hỏi khách hàng nghiệm thu theo bộ tiêu chuẩn nào. Bản vẽ ghi 20CrMnTi nhưng khách hàng ở Đức nghiệm thu theo tiêu chuẩn Đức, vấn đề thường không phải là có làm được hay không, mà là giao kiểm theo giá trị nào. Thêm một câu về số hiệu tiêu chuẩn vật liệu và phạm vi thành phần vào thỏa thuận kỹ thuật, đỡ phiền hơn tranh cãi sau này.

Dữ liệu tôi đầu mút đáng tin hơn tên mác thép. Cùng một mác thép từ các nhà máy thép khác nhau, dải độ thấm tôi khác nhau. Chi tiết có yêu cầu độ thấm tôi, hãy ghi giá trị J vào yêu cầu mua hàng, khi kiểm tra lại nhập xưởng đối chiếu một chút, ổn hơn chỉ nhìn mác thép trên giấy chứng nhận chất lượng.

Đổi vật liệu phải đổi cả thông số nhiệt luyện. Sau khi thay thế chỉ đổi ghi chú trên bản vẽ, quy trình thấm cacbon vẫn gọi như cũ, là một nguồn bất thường hàng loạt thường gặp — hàm lượng niken thay đổi, cùng thế cacbon và thời gian cũng sẽ cho chiều sâu lớp cứng khác.

Báo cáo kiểm tra ghi đầy đủ mác thép, số hiệu tiêu chuẩn, trạng thái nhiệt luyện. Khi kiểm hàng xuất khẩu, báo cáo chỉ ghi thông tin kiểu「thép hợp kim, HRC58」, khách hàng không thể đối chiếu với yêu cầu bản vẽ của họ; ghi đầy đủ ba mục, chuỗi truy xuất mới khép kín.

Từ mác thép vật liệu đến bánh răng thành phẩm, ở giữa phải qua các cửa ải gia công và kiểm tra bánh răng trụ răng thẳng chính xác , tiện phay và nhiệt luyện chi tiết truyền động dạng trục và gia công chính xác và mài răng . Vật liệu của chi tiết loạt tiêu chuẩn (như thanh răng) được ghi trực tiếp vào mã số: vị trí vật liệu trong GY-CSTGH-020-10-S là C đại diện S45C, M đại diện SCM440, mã quy cách 020 là mô đun M2, 10 là chiều dài 1000mm. Có bản vẽ cần đánh giá kỹ thuật theo vật liệu và nhiệt luyện, có thể liên hệ với chúng tôi .