Xử lý nhiệt thấm cacbon cho bánh răng: Tăng cường độ bền, độ chắc chắn và hiệu suất.

Trong các hệ thống truyền động hiện đại, bánh răng được kỳ vọng hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt như mô-men xoắn cao, quay liên tục, tải trọng nặng, tốc độ dao động và chu kỳ làm việc dài. Thép hợp kim truyền thống, ngay cả với độ cứng vốn có tốt, thường không thể chịu được các ứng dụng đòi hỏi khắt khe như vậy mà không bị hỏng bề mặt, rỗ răng, trầy xước, mài mòn và nứt do mỏi. Để khắc phục những thách thức này, xử lý nhiệt trở thành một bước thiết yếu trong sản xuất bánh răng, và trong số tất cả các phương pháp,cacbon hóaĐây là một trong những quy trình làm cứng bề mặt hiệu quả nhất.

Tôi cacbon (còn gọi là tôi cứng bề mặt) là một kỹ thuật luyện kim đưa cacbon vào lớp bề mặt của bánh răng thép ở nhiệt độ cao. Sau khi tôi, bề mặt biến đổi thành lớp vỏ mactenxit cứng trong khi lõi vẫn giữ được độ dẻo dai và khả năng chống va đập. Sự kết hợp này tạo nên lớp ngoài cứng, lớp trong dẻo dai. Đó là lý do tại sao bánh răng tôi cacbon được sử dụng rộng rãi trong hộp số ô tô, hộp số công nghiệp, máy móc hạng nặng, thiết bị khai thác mỏ, hệ thống truyền động hàng không vũ trụ và robot.

Tôi cacbon là gì?

Tôi cacbon hóa là một phương pháp xử lý nhiệt dựa trên sự khuếch tán, được thực hiện ở nhiệt độ thường từ 880°C đến 950°C. Trong quá trình này, các bánh răng được nung nóng trong môi trường giàu cacbon. Các nguyên tử cacbon khuếch tán vào lớp bề mặt của thép, làm tăng hàm lượng cacbon. Sau khi giữ nhiệt trong thời gian cần thiết, các bánh răng được làm nguội nhanh để tạo thành lớp vỏ mactenxit cứng.

Độ sâu của lớp cacbon thâm nhập được gọi là độ sâu lớp tôi, và có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi nhiệt độ, thời gian giữ nhiệt và điện thế cacbon. Nói chung, độ sâu lớp tôi mục tiêu nằm trong khoảng từ 0,8 mm đến 2,5 mm, tùy thuộc vào ứng dụng, kích thước bánh răng và khả năng chịu tải yêu cầu.

Tại sao bánh răng cần được tôi cứng bằng cacbon?

Tôi thấm cacbon không chỉ đơn thuần là tăng độ cứng; nó còn cải thiện đáng kể hiệu năng trong điều kiện làm việc thực tế. Những lợi ích chính bao gồm:

1. Khả năng chống mài mòn cao
   Bề mặt được tôi cứng giúp ngăn ngừa mài mòn, rỗ, bong tróc nhỏ và hư hỏng do mỏi bề mặt.

2. Khả năng chịu tải cao hơn
   Các bánh răng được tôi cứng bằng phương pháp thấm cacbon có thể chịu tải trọng nặng hơn và truyền mô-men xoắn cao hơn mà không bị biến dạng.

3. Tăng cường độ bền uốn của răng
   Lõi mềm dẻo hấp thụ chấn động và va đập, giảm nguy cơ gãy răng.

4. Tuổi thọ mệt mỏi vượt trội
   Các bánh răng được tôi cứng bằng phương pháp thấm cacbon có thể hoạt động hàng chục nghìn giờ trong điều kiện chu kỳ hoạt động cao.

5. Giảm ma sát và sinh nhiệt
   Việc khớp răng mượt mà hơn đảm bảo truyền động êm ái và tiết kiệm năng lượng hơn.

Nhờ những ưu điểm này, quá trình thấm cacbon đã trở thành phương pháp xử lý nhiệt tiêu chuẩn cho...ô tôbánh răng, đặc biệt là chobánh răng cônCác loại bánh răng xoắn ốc, bánh răng vành, bánh răng vi sai và trục truyền động.

Quy trình thấm cacbon từng bước

Quy trình thấm cacbon hoàn chỉnh bao gồm nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn đều ảnh hưởng đến hiệu suất cuối cùng:

1. Gia nhiệt sơ bộ và austenit hóa

Các bánh răng được nung nóng đến nhiệt độ thấm cacbon, tại đó thép chuyển hóa thành austenit. Cấu trúc này cho phép cacbon khuếch tán dễ dàng.

2. Sự khuếch tán cacbon và quá trình hình thành vỏ

Các bánh răng được giữ trong môi trường giàu cacbon (khí, chân không hoặc chất cacbon hóa rắn). Các nguyên tử cacbon khuếch tán vào bên trong, tạo thành lớp vỏ cứng sau khi tôi.

3. Làm nguội

Quá trình làm nguội nhanh biến đổi lớp bề mặt giàu cacbon thành mactenxit—cực kỳ cứng và có khả năng chống mài mòn cao.

4. Tôi luyện

Sau khi tôi, cần phải ram để giảm độ giòn, cải thiện độ dẻo dai và ổn định cấu trúc vi mô.

5. Gia công/Mài hoàn thiện

Các bánh răng được xử lý nhiệt thường trải qua quá trình mài hoặc đánh bóng hoàn thiện để đạt được hình dạng răng chính xác, kiểu tiếp xúc trơn tru và khả năng kiểm soát tiếng ồn tối ưu.

Các loại tôi thấm cacbon cho bánh răng

Đã có nhiều công nghệ thấm cacbon được phát triển, mỗi công nghệ đều có những ưu điểm riêng.

Trong số đó,thấm cacbon chân khôngVật liệu này ngày càng được ưa chuộng cho các bánh răng chính xác nhờ sự phân bố vỏ đồng đều, thân thiện với môi trường và độ biến dạng thấp.

Lựa chọn vật liệu cho quá trình thấm cacbon

Không phải tất cả các loại thép đều thích hợp cho quá trình thấm cacbon. Vật liệu lý tưởng là thép hợp kim cacbon thấp có khả năng tôi cứng tốt và độ dẻo dai lõi cao.

Các loại thép thấm cacbon thông dụng:

• 16MnCr5

• 20CrMnTi

• Thép 8620 / 4320

• 18CrNiMo7-6

• SCM415 / SCM420

Các loại thép này cho phép tôi cứng bề mặt sâu trong khi vẫn duy trì được lõi cứng cáp và dẻo dai — hoàn hảo cho các bánh răng chịu tải nặng.

Các yếu tố chất lượng trong bánh răng tôi cacbon

Để đạt được hiệu suất ổn định, cần kiểm soát một số yếu tố quan trọng:

1. Nồng độ cacbon trên bề mặt

2. Độ sâu trường hợp hiệu quả (ECD)

3. Mức austenit còn lại

4. Biến dạng và tính ổn định về kích thước

5. Độ cứng đồng đều (58–62 HRC trên bề mặt)

Quy trình thấm cacbon được kiểm soát tốt đảm bảo các bánh răng hoạt động đáng tin cậy trong nhiều năm với mức bảo trì tối thiểu.

Ứng dụng của bánh răng tôi cacbon

Tôi thấm cacbon được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ tin cậy, độ chính xác và khả năng chịu tải cao:

• Hộp số và hệ thống vi sai ô tô

• Máy kéo, thiết bị khai thác mỏ và thiết bị hạng nặng

• Robot và thiết bị tự động hóa

• hộp số tuabin gió

• Hệ thống truyền động hàng không vũ trụ và truyền động tuabin

• Hệ thống động cơ đẩy hàng hải

Ở những nơi mà bánh răng phải chịu được va đập, áp lực và ứng suất quay lâu dài, tôi thấm cacbon là giải pháp đáng tin cậy nhất.

Xử lý nhiệt thấm cacbon biến đổi các bánh răng thép thông thường thành các bộ phận hiệu suất cao, có khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt. Quá trình này tăng cường độ bền bề mặt chống mài mòn và mỏi, đồng thời vẫn giữ được lõi bên trong cứng cáp để chống va đập. Khi máy móc phát triển theo hướng mật độ công suất và hiệu quả cao hơn, bánh răng thấm cacbon sẽ vẫn là công nghệ chủ chốt trong kỹ thuật hiện đại và hệ thống truyền động.