Bánh răng là sản phẩm được sử dụng phổ biến trong các loại máy. Nó là một bộ phận trong động cơ đóng vai trò truyền động học giúp cỗ máy hoạt động nhờ sự ăn khớp của các bánh răng với nhau. Hơn thế nữa, bánh răng còn có thể truyền chuyển động giữa các trục song song, cắt nhau, chéo nhau hay biến đổi chuyển động quay thành tịnh tiến. Có thể thấy bánh răng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong máy móc.
Hiện nay, có rất nhiều loại vật liệu làm bánh răng nhưng tùy vào yêu cầu kỹ thuật mà lựa chọn vật liệu làm bánh răng khác nhau. Và thép tròn đặc SCM440 là một trong những loại vật liệu phổ biến nhất hiện nay nhờ đảm bảo chất lượng cũng như nâng cao tuổi thọ của bánh răng. Hãy cùng tìm hiểu tại sao người ta lại thường làm bánh răng bằng thép tròn đặc SCM440 trong bài viết sau đây nhé.
1. Điều kiện làm việc của bánh răng
Bánh răng là bộ phận vô cùng quan trọng trong các loại máy móc bởi nó đóng vai trò truyền động. Có thể hiểu nếu không có bánh răng thì không một loại máy móc nào có thể hoạt động được. Và điều kiện làm việc của bánh răng như sau:
- Bánh răng làm việc ở điều kiện chịu tải trọng tĩnh và va đập mạnh;
- Bề mặt bị mài mòn khi làm việc bị ma sát hay cọ sát, chịu ứng suất lớn;
- Lõi chịu ứng suất uốn;
- Vùng chân răng dễ bị phá huỷ;
- Chi tiết máy làm việc dưới tải trọng thay đổi theo chu kỳ.
Làm bánh răng bằng thép tròn đặc SCM440
2. Chọn vật liệu chế tạo bánh răng
Để tạo ra được một chi tiết bánh răng có thể đủ bền để chịu được cường độ làm việc nêu trên nên người ta đã đặt ra các yêu cầu về vật liệu như sau:
- Yêu cầu bề mặt răng phải có độ tiếp xúc lớn;
- Răng phải có độ chịu mỏi mòn lớn kết hợp với các chỉ tiêu độ bền, độ dẻo và độ dai va đập [cơ tính tổng hợp].
Trước đây, trong quá trình chế tạo bánh răng, các nhà sản xuất thường dùng dòng thép Cacbon tầm trung như S45C, S50C, S55C, … làm vật liệu chính. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng dòng thép này xuất hiện nhiều nhược điểm sau:
- Hàm lượng cacbon càng lớn thì phôi càng cứng nhưng đồng nghĩa là dễ gãy.
- Hàm lượng cacbon thấp thì thép dễ định hình nhưng không đảm bảo độ cứng.
Với việc bổ sung Crom và Molypden vào trong thành phần hóa học dòng thép Cacbon tầm trung đã giúp cho phôi cải thiện được độ cứng mà không gây tình trạng giòn. Vì vậy, làm bánh răng bằng thép tròn đặc SCM440 ra đời như một sản phẩm khắc phục hoàn hảo cho các nhược điểm trên.
3. Cơ sở để chọn thép tròn đặc SCM440 làm bánh răng
a. Thành phần hóa học của thép tròn đặc SCM440
| Stt | Thành phần hóa học | Hàm lượng [%] |
| 1 | Cacbon | 0,38 ~ 0,43 |
| 2 | Silic | 0,15 ~ 0,35 |
| 3 | Mangan | 0,6 ~ 0,85 |
| 4 | Photpho | ≤ 0,03 |
| 5 | Lưu huỳnh | ≤ 0,03 |
| 6 | Crom | 0,9 ~ 1,2 |
| 7 | Molipden | 0,15~ 0,3 |
b. Đặc điểm thép tròn đặc SCM440
- Thép tròn đặc SCM440 là loại thép có hàm lượng Cr – Mo cao.
- Độ chống biến dạng và khả năng chịu mài mòn cao.
- Độ cứng đồng nhất trên mọi kích thước.
- Dễ dàng gia công bằng EDM.
- Chịu tải trọng và va đập cao.
c. Cơ sở để chọn thép tròn đặc SCM440 làm bánh răng
Bởi điều kiện làm việc của bánh răng thường xuyên tiếp xúc với môi trường ngoại cảnh như nắng, mưa, bùn đất và môi trường nội cảnh như trọng lực, lực uốn cong, lực ma sát, ... Do vậy làm bánh răng bằng thép tròn đặc SCM440 là sự lựa chọn phù hợp bởi những lý do sau đây:
- Chống chịu được các loại lực và chịu được sự mài mòn trong quá trình hoạt động mà vẫn đảm bảo lõi vẫn giữ nguyên độ bền dẻo dai và chịu được những va đập.
- Thép tròn đặc SCM440 có hàm lượng Crom từ 0,9% đến 1,2% giúp cải thiện tính tôi [tôi được trong dầu] và nâng cao độ thấm tôi.
- Thép tròn đặc SCM440 còn cho thêm khoảng 0,25% Molipden sẽ làm cải thiện độ thấm tôi và chống được giòn ram, dùng cho các chi tiết có đường kính trung bình trên 50mm và hình dạng tương đối phức tạp như bánh răng, ...
- Thép tròn đặc SCM440 có hàm lượng cacbon trung bình có độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai đều khá tốt. Ngoài ra, SCM440 còn sở hữu thêm hàm lượng Cr – Mo có khả năng chống biến dạng và chống mài mòn cao.
Qua những tính chất trên ta có thể thấy làm bánh răng bằng thép tròn đặc SCM440 là sự lựa chọn tối ưu.
Để xem thêm các bài viết về thép SCM440. Vui lòng nhấn tại đây.
4. Liên hệ mua bán/báo giá thép SCM440 hoặc đặt hàng trực tuyến
THÉP CÔNG NGHIỆP PHÚ THỊNH
- Hotline: 0931 91 16 16
- Email:
- Website: www.thepphuthinh.com
- Văn phòng: 63 Đường TA12, Khu phố 3, phường Thới An, Quận 12, Thành phố Hồ Chí Minh.
- Xưởng: 323 Đặng Thúc Vịnh, Ấp 3, xã Đông Thạnh, huyện Hóc Môn, Thành phố Hồ Chí Minh.
- Youtube: Thép công nghiệp Phú Thịnh
- Fanpage: Thép SCM440 Phú Thịnh
Bánh răng hộp số trong xe tải nhẹ
- Phân tích điều kiện làm việc :
- Bánh răng hộp số làm việc trong môi trường chịu tải trọng tĩnh và va đập mạnh .
- Bề mặt bị mài mòn khi làm việc bị ma sát hay cọ sát , chịu ứng suất lớn , lõi chịu ứng suất uốn .
- Vùng chân răng dễ bị phá huỷ .
- Chi tiết máy làm việc dưới tải trọng thay đổi theo chu kỳ .
Do điều kiện làm việc như trên nên ta đặt ra các yêu cầu về vật liệu như sau :
- Bề mặt răng phải có độ bền tiếp xúc cao ,
- Răng có độ bền mỏi cao , kết hợp với các chỉ tiêu độ bền , độ dẻo và độ dai va đập [ cơ tính tổng hợp ] .
2 . Chọn mác thép để chế tạo bánh răng hộp số :
Đối với yêu cầu làm việc cầu chi tiết như trên ta chọn thép thấm cácbon -20CrMo.
Bánh răng hộp số trong xe tải trọng nhẹ được làm bằng thép thấm cácbon . Ưu điểm của cách chế tạo này là:
- Đảm bảo bánh răng chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao , bề mặt có thể bị mài mòn .
- Sau khi thấm cacbon trong lò liên tục [ dùng khí thiên nhiên , khí thu nhiệt và amoniac ] ở nhiệt độ 880 – 980 º C , bánh răng được tôi trực tiếp trong dầu nóng , bể muối ở nhiệt độ 160 – 250 ºC .
- Cách chế tạo như vậy có thể rút ngắn được thời gian và nhiệt độ thấm , nâng cao tính chống mài mòn và giảm độ biến dạng .
Ta thấy thép thấm cacbon hoàn toàn phù hợp để chế tạo chi tiết bánh răng hộp số .
2.1 Thành phần hoá học của mác thép trên là :
Mác thép trên bao gồm những thành phần sau :
%C = 0,17 – 0,23
% Si ≤ 0,40
%Mn = 0,70 – 1,00
%P ≤ 0,035
%S ≤ 0,035
%Cr = 0,3 – 0,6
%Mo = 0,15 – 0,2
2.2 Cơ sở để chọn mác thép với thành phần như trên :
- Bề mặt bánh răng chịu ứng suất lớn , chịu mài mòn khi ma sát hay cọ sát , tiếp xúc với môi trường và có thể bị ăn mòn khi làm việc .
- Đòi hỏi bề mặt có độ cứng và tính chống mài mòn trong khi lõi vẫn đảm bảo độ bền và dẻo dai chịu va đập tốt. Muốn vậy ta phẩi biến đổi tổ chức của lớp bề mặt .
Ta thường dùng thép có hàm lượng Cr 0,5% hay 1,00 % chủ yếu để cải thiện tính tôi [ tôi được trong dầu ] và nâng cao được một phần độ thấm tôi . Nếu chỉ dùng thép Cr thì chỉ làm được các chi tiết máy nhỏ [đường kính 20 – 40 ] và hình dạng tương đối phức tạp như bánh răng . Chúng có thể đạt được yêu cầu cao hơn sau khi hoá tốt
800 – 950 MPa .
Nhưng nhược điểm là bị giòn ram loại II khi ram cao nên sau khi ram thường làm nguội trong dầu [ thay vì không khí ] . Tuy nhiên khi thêm khoảng 0,25 % Mo sẽ làm cải thiện độ thấm tôi và chống được giòn ram loại II , có thể dùng làm cho các chi tiết trung bình [ > 50 mm ], và hình dạng tương đối phức tạp .
2.3 Lập bảng các ký hiệu và thành phần của thép theo tiêu chuẩn các nước :
| Tiêu chuẩn | Mác thép | C | Si | Mn | Pmax | Smax | Cr | Ni | Mo |
| TCVN- Việt Nam | 20CrMo | 0.17-0.23 | ≤ 0.40 | 0.7-1.00 | ≤ 0.035 | ≤0.035 | 0.30-0.60 | 0.05-0.2 | |
| OCT – Nga | 20XM | 0.15-0.25 | 0.17-0.37 | 0.40-0.70 | 0.035 | 0.035 | 0.80-1.10 | ≤0.30 | 0.15-0.25 |
| JIS - Nhật | SCM420 | 0.18-0.23 | 0.15-0.35 | 0.60-0.85 | 0.03 | 0.03 | 0.90-1.20 | ≤0.25 | 0.15-0.3 |
| AISI - Mỹ | 4120 | 0.18-0.23 | 0.15-0.35 | 0.90-1.20 | 0.035 | 0.04 | 0.40-0.60 | 0.13-0.20 |
Nhận xét :
- Ta nhận thấy rằng thành phần các mác thép của các nước có sự khác nhau nhưng không nhiều mà vẫn đảm bảo được cơ tính của vật liệu .
- Lượng các bon của Nhật và Mỹ khá lớn so với các nước khác
- Lượng các bon của Nga thấp
- Lượng S của Mỹ cũng khá lớn = 0,04 % , trong đó lượng S của Nhật thấp
0,03 % .
3. Vai trò của các nguyên tố hợp kim chính trong thép đối với cơ tính và nhiệt luyện :
Khác với thép các bon , thép hợp kim là loại thép mà người ta đưa vào các nguyên tố có lợi với lượng đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải thiện tính chất [ cơ , lý , hoá ] . Như vậy đối với các thành phần chính C , Cr , Mo sẽ ảnh hưởng đến cơ tính và công nghệ nhiệt luyện như sau:
3.1 Đối với cơ tính :
Cacbon :
- Lượng các bon sẽ đảm bảo sự kết hợp tốt nhất của các chỉ tiêu cơ tính : độ bền , độ dẻo , độ dai va đập [ cơ tính tổng hợp ] .
- Lượng các bon cho phép được qui định tong thép là khoảng 0,1 – 0,25 % để đảm bảo độ dẻo và độ dai của lõi ở trạng thái tôi + ram thấp để đạt độ bền cao nhất.
- Dùng giới hạn dưới khi cần độ dai cao hơn , dùng giới hạn trên khi cần độ bền cao hơn .
- Nếu cần độ bền cao hơn nữa thì có thể dùng tới 0,3 % C.
- Nếu dùng cao hơn nữa độ dai của lõi sẽ thấp khi tôi và ram thấp , không chịu được các tải trọng va đập .
- Do phải nung lâu ở nhiệt độ cao khi thấm C , các thép thấm C phải là loại khử Oxy triệt để , tốt nhất là loại hạt nhỏ để khi thấm xong hạt không bị to làm thép giòn.
Các thành phần khác :
Ngược lại , để đảm bảo các yêu cầu trên các nguyên tố hợp kim dùng trong thép thấm cacbon phải đảm bảo cả hai tác dụng : vừa làm tăng tính thấm tôi để nâng cao độ bền , vừa thúc đẩy quá trình thấm cacbon [ hoặc ít ra cũng không cản trở ] . Nguyên tố hợp kim cơ bản có mặt trong mọi loại thép hợp kim là Cr , có thể dùng riêng hay kết hợp với Ni , Mn .
Cr [ 0,30%-0,6 % ]
Như ta đã biết Cr là nguyên tố tương đối rẻ , nó không những nâng cao độ thấm tôi còn xúc tiến quá trình thấm Cacbon . Bề mặt bánh răng là phần chịu ứng suất tác dụng lớn , chịu mài mòn ma sát khi làm việc tiếp xúc với môi trường . Yêu cầu bề mặt có độ cứng , tính chống mài mòn cao trong khi lõi vẫn bền và dẻo dai , muốn vậy ta phải hoá bền bề mặt . Thành phần Cr sẽ giúp cải thiện tính tôi .
Mo [ 0,05 – 0,2% ]
Mo có thể tránh được giòn ram loại II , thường được đưa vào thép Cr – Ni với độ thấm tôi cao có lượng cac bon khoảng 0,2 – 0,4 % . Ngoài ra nó còn có tác dụng nâng cao độ thấm tôi .
4. Khảo sát Mac thép :
4.1 Xác định nhiệt độ :
Công thức xác định nhiệt độ tôi , ủ , thường hoá cho thép hợp
Trong đó :
T : Nhiệt độ tôi , ủ , thường hoá [ º C ]
K : hằng số nhiệt độ
: hệ số tỉ lệ
X : chỉ số % C có trong thép
a : hệ số di chuyển nồng độ C do ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim thứ i
Me : thành phần % nguyên tố hợp kim thứ i trong thép [ % ]
b : Hệ số thăng giảm nhiệt độ tới hạn do ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim thứ i
T : Số gia nhiệt độ [ º C ]
Trước hết ta xác định thép họp kim là thép trước cùng tích hay sau cùng tích dựa trên việc so sánh hàm lượng C với điểm cùng tích S’ của thép hợp như sau :
S’ = 0,8 + [ - 0,033 – 0,075 ]
S’ = 0,692
Như vậy thép này là thép trước cùng tích vì có hàm lượng C = 0,2 % < 0,692 .
Vì đây là thép trước cùng tích do đó ta có công thức xác định nhiệt độ tôi , ủ , thường hoá như sau :
Vậy nhiệt độ tôi , ủ , thường hoá đối với thép 20CrMo là :
T = 950 +11,8 +45 _233,7 [ 0,2 + 0,033
Bảng 1 : Hệ số di chuyển nồng độ cacbon tính theo 1% Me
| NTHK | Mn | Si | Cr | Ni | W | V | Mo | Ti | Al | P |
| a | -0,0417 | -0,075 | -0,033 | -0,04 | -0,057 | 0,2 | -0,075 | 0,32 | 0,3 | 0,18 |
Bảng 2 : Hệ số thăng giáng nhiệt độ tính theo 1%Me
| NT hợp kim | Mn | Si | Cr | Ni | W | V | Mo | Ti | Al | P |
| b | -17,7 | 40,1 | 11,8 | -5,7 | 27 | 41 | 45 | 350 | -4,5 | 47 |
- Xác định thép C có cùng thành phần với thép 20CrMo :
Theo giản đồ Fe – C ta xác định được thép có cùng thành phần thép C = 0,2 % như sau:
Giản đồ Fe - C
- Xác định nhiệt độ của thép có cùng thành phần C = 0,2 % :
Đối với thép C = 0,2 % :
• Trên giản đồ Fe-C, nhiệt độ chảy hoàn toàn của thép là tung độ [trên trục nhiệt độ] của giao điểm của đường thẳng %C = 0,2 với đường lỏng, ta xác định được Tcht=14950C.
• Xác định nhiệt độ TAc3 được tính gần đúng dựa vào tam giác MNP và MQR
Nhiệt độ ủ đối với thép có hàm lượng cac bon thấp :
Đối với thép cácbon thành phần thấp 0,2% ta nên thường hoá . Nhiệt độ thường hoá là :
Nhiệt độ tôi thép đối với thép trước cùng tích phải lấy cao hơn AC3 tức nung nóng đến trạng thái hoàn toàn là austenit , nhiệt độ tôi là :
tổ chức đạt được là mactenxit + austenit dư .
Ta thấy nhiệt độ tôi , ủ , thường hoá của của thép hợp kim 20CrMo đã tìm được và nhiệt độ tôi , ủ , thường hóa của thép 0,2 % chênh lệch không đáng kể và nó vẫn đảm bảo được tổ chức và cơ tính , quá trình nhiệt luyện của thép .
3.5 Tổ chức đạt được khi làm nguội thép qua các điểm tới hạn :
Mục tiêu cảu nung nóng và giữ nhiệt là để tạo nên austenit hạt nhỏ , sự chuyển biến
này quyết định cơ tính của thép khi làm việc hay gia công tiếp theo . Tổ chức tạo thành khi làm nguội phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : độ quá nguội , thành phần tổ chức của thép … và cả phương thức làm nguội
- Bỏ qua chuyển biến bao tinh xảy ra ở nhiệt độ 1499 º C vì nó xảy ra ở nhiệt độ quá cao và không có ảnh hưởng gì đến tổ chức của thép khi gia công và sử dụng
- Ban đầu tổ chức của thép là austenit có thành phần chính bằng thành phần của thép vì vậy chúng dẻo dai và dễ biến dạng.
- Từ 8650C đến 7270C : một phần austenit chuyển thành ferit nên hỗn hợp thu
được gồm hai pha ferit + austenit [ α+γ ]. Như đã nói ở trên tổ chức tế vi của ferit có dạng các hạt sáng đa cạnh. Cơ tính của ferit chính là của sắt nguyên chất : dẻo, dai, mềm và kém bền. Như vậy tổ chức nhận được gồm hai pha đều dẻo và mền. Tỷ lệ % của hai pha ferit và austenit tại điểm tới hạn [nằm trên đường A1] được tính theo quy tắc cánh tay đòn [trên giản đồ Fe-C] :
-Thấp hơn 7270C :
-Ở 7270C xảy ra phản ứng cùng tích [đường PSK] : austenit chuyển thành peclit
γs → [α + Fe3CK] .
- Tổ chức nhận được là ferit và xêmentit [ F + XeII ]. Xêmentit [ ký hiệu Xe, Fe3C] là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có công thức Fe3C và thành phần 6,67% C ứng với đường thẳng đứng DFKL trên giản đồ. Đặc tính của xêmentit là cứng và giòn, cùng với ferit nó tạo nên các tổ chức khác nhau của hợp kim Fe-C.
Tỷ lệ % của hai pha ferit và xêmentit là:
Như vậy tổ chức nhận được gồm có 97% ferit và 3% Xe nên đặc tính chung của hỗn hợp là đặc tính của ferit [chiếm tỷ lệ rất cao] : dẻo, dai, mềm, kém bền.
5. Chế tạo chi tiết :
5.1 Phương pháp gia công cơ khí thường dùng để chế tạo chi tiết:
Đối với chi tiết có hình dạng phức tạp như bánh răng hộp số này thì ta thường dùng phương pháp bao hình . Chủ yếu trên máy phay , xọc để tạo nên chi tiết .
Các bước để chế tạo chi tiết :
Như đã biết , ban đầu ta phải gia công cơ khí dưới hình thức biến dạng nóng . Trong cơ khí ta thường dùng phương pháp gia công áp lực : Rèn .
Sau đó ta dùng phương pháp biến dạng nguội , qua nhiệt luyện sơ bộ để tiến hành gia công cắt gọt , tạo điều kiện để gia công cắt được dễ dàng
- Biện pháp xử lý nhiệt trước hay sau khi gia công cơ khí :
Như đã trình bày ở trên , do đây là thép hợp kim có hàm lượng cacbin thấp
[