Bánh răng là bộ phận truyền động quan trọng trong thiết bị cơ khí, hiệu suất và chất lượng của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả vận hành và tuổi thọ của toàn bộ thiết bị. Là một mắt xích quan trọng trong quá trình sản xuất bánh răng, xử lý nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ cứng, khả năng chống mài mòn và chống mỏi của bánh răng. Tuy nhiên, quá trình xử lý nhiệt thường đi kèm với các vấn đề về biến dạng bánh răng, điều này không chỉ ảnh hưởng đến độ chính xác của bánh răng mà còn có thể ảnh hưởng xấu đến độ bền và tuổi thọ của bánh răng. Bài viết này sẽ thảo luận chi tiết về 12 yếu tố chính gây ra biến dạng xử lý nhiệt bánh răng, nhằm cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích cho việc sản xuất bánh răng.
1. Hàm lượng cacbon
Hàm lượng carbon là yếu tố chính ảnh hưởng đến biến dạng xử lý nhiệt bánh răng. Hàm lượng carbon trong vật liệu bánh răng càng cao thì độ biến dạng cong vênh và biến dạng thể tích được tạo ra trong quá trình làm nguội càng lớn. Điều này là do trong quá trình tôi thép cacbon cao, thể tích thay đổi lớn khi austenite biến thành martensite, dẫn đến độ biến dạng tăng lên. Do đó, trong việc lựa chọn vật liệu bánh răng, hàm lượng carbon cần được kiểm soát hợp lý theo yêu cầu sử dụng cụ thể.
2. Các nguyên tố hợp kim
Các nguyên tố hợp kim cũng có tác động đáng kể đến độ biến dạng xử lý nhiệt của bánh răng. Một số nguyên tố hợp kim như C, Mn, Ni, Cr, Mo, v.v. có thể làm tăng độ cứng nhưng cũng làm tăng xu hướng biến dạng. Các nguyên tố hợp kim khác như Cr, Mn, Mo, Si, Ni, Ti,… giúp giảm hiện tượng méo tiếng. Điều này chủ yếu là do các yếu tố này có thể ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô của thép, do đó ảnh hưởng đến sự phân bố ứng suất và biến dạng trong quá trình xử lý nhiệt.
3. Độ cứng
Độ cứng là một chỉ số hiệu suất quan trọng của vật liệu bánh răng, quyết định liệu bánh răng có thể đạt được cấu trúc martensite đồng nhất trong quá trình làm nguội hay không. Độ cứng càng cao thì độ biến dạng do bánh răng tạo ra trong quá trình làm nguội càng lớn. Điều này là do trong quá trình làm nguội các vật liệu có độ cứng cao, tốc độ biến đổi austenite thành martensite nhanh và sự thay đổi thể tích lớn, dẫn đến độ biến dạng tăng lên. Do đó, khi lựa chọn vật liệu bánh răng, độ cứng phải được kiểm soát hợp lý theo yêu cầu sử dụng cụ thể.
4. Thiết kế bánh răng
Hình dạng và kích thước thiết kế của bánh răng cũng có tác động quan trọng đến độ biến dạng xử lý nhiệt của nó. Các khuyết tật về thiết kế như hình dạng không đối xứng, độ đồng đều mặt cắt kém, độ cứng của nan hoa kém và vị trí các lỗ xử lý không đúng sẽ làm tăng độ biến dạng xử lý nhiệt của bánh răng. Do đó, khi thiết kế bánh răng, hình dạng đối xứng, mặt cắt đồng đều và vị trí lỗ xử lý hợp lý nên được áp dụng càng nhiều càng tốt để giảm biến dạng xử lý nhiệt.
5. Cấu trúc vi mô không đồng nhất
Tính không đồng nhất về cấu trúc vi mô của thép cũng là một trong những yếu tố quan trọng dẫn đến biến dạng xử lý nhiệt bánh răng. Cấu trúc vi mô không đồng nhất bao gồm mô thô, sự phân chia lớn và mô lưới, v.v. Những khiếm khuyết này sẽ làm tăng mức độ biến dạng trong quá trình làm nguội. Do đó, trong quá trình chuẩn bị vật liệu bánh răng, những khiếm khuyết về cấu trúc vi mô này cần được loại bỏ càng nhiều càng tốt để có được cấu trúc vi mô đồng nhất và mịn.
6. Tổ chức và phân chia ban nhạc
Cấu trúc dải và sự phân tách là một trong những khuyết tật phổ biến của thép và chúng cũng có tác động đáng kể đến sự biến dạng xử lý nhiệt của bánh răng. Cấu trúc dải được hình thành do sự phân bố không đồng đều của các nguyên tố hợp kim trong thép, điều này sẽ dẫn đến sự phân bố ứng suất không đồng đều trong quá trình tôi, từ đó làm biến dạng trở nên trầm trọng hơn. Sự phân tầng được hình thành do sự phân phối lại các nguyên tố hòa tan trong quá trình đông đặc của thép, sẽ dẫn đến hiệu suất không đồng đều của vật liệu bánh răng, từ đó ảnh hưởng đến độ biến dạng xử lý nhiệt.
7. Hình dạng phôi đúc liên tục
Hình dạng của phôi đúc liên tục cũng có ảnh hưởng nhất định đến độ biến dạng của quá trình xử lý nhiệt bánh răng. Biến dạng xử lý nhiệt của bánh răng được tạo ra với hình dạng phôi đúc liên tục hình vuông là tương đối đồng đều, trong khi biến dạng xử lý nhiệt của bánh răng được tạo ra với hình dạng phôi đúc liên tục hình chữ nhật có tính định hướng rõ ràng. Điều này chủ yếu là do các phôi đúc liên tục có hình dạng khác nhau sẽ tạo ra sự phân bố ứng suất khác nhau trong quá trình làm mát, do đó ảnh hưởng đến sự biến dạng của quá trình xử lý nhiệt.
8. Kích thước hạt thiết yếu
Kích thước hạt bên trong đề cập đến kích thước của hạt thép ở trạng thái austenit. Kích thước hạt bên trong càng mịn thì lượng biến dạng sau khi tôi bánh răng sẽ giảm tương ứng. Điều này là do sự thay đổi thể tích của thép hạt mịn trong quá trình tôi từ austenite sang martensite là tương đối nhỏ, do đó làm giảm độ biến dạng. Vì vậy, trong quá trình chuẩn bị vật liệu bánh răng, nên sử dụng thép hạt mịn càng nhiều càng tốt.
9. Cấu trúc ban đầu của trống
Cấu trúc ban đầu của phôi bánh răng cũng có tác động quan trọng đến độ biến dạng xử lý nhiệt của nó. Nếu cấu trúc ban đầu của phôi không đồng đều, nó sẽ gây ra sự phân bổ ứng suất không đồng đều trong bánh răng trong quá trình xử lý nhiệt, do đó làm trầm trọng thêm sự biến dạng. Do đó, trong quá trình chuẩn bị phôi bánh răng, tính không đồng nhất của cấu trúc ban đầu cần được loại bỏ càng nhiều càng tốt để có được cấu trúc ban đầu đồng nhất và mịn.
10. Quá trình rèn
Quá trình rèn cũng có tác động đáng kể đến sự biến dạng xử lý nhiệt của bánh răng. Việc rèn hoàn toàn giúp giảm biến dạng, đặc biệt là hình thành cấu trúc hợp lý kim loại sau khi rèn, có thể làm giảm biến dạng xử lý nhiệt. Việc rèn hợp lý cũng có thể làm giảm sự phân tách phôi rèn, làm cho cấu trúc đồng nhất, cải thiện cấu trúc dải và giúp giảm biến dạng xử lý nhiệt. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ gia nhiệt không đồng đều trong quá trình rèn, mức độ biến dạng không đồng đều hoặc nhiệt độ rèn cuối cùng cao sẽ làm tăng độ biến dạng xử lý nhiệt của bánh răng.
11. Xử lý nhiệt chuẩn bị
Xử lý nhiệt sơ bộ phôi bánh răng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm biến dạng xử lý nhiệt cuối cùng. Khi sử dụng chuẩn hóa thông thường, độ biến dạng xử lý nhiệt tương đối lớn; khi sử dụng quá trình chuẩn hóa đẳng nhiệt hoặc làm nguội và ủ, độ biến dạng xử lý nhiệt có thể giảm đi. Điều này là do quá trình chuẩn hóa, làm nguội và ủ đẳng nhiệt có thể cải thiện cấu trúc vi mô của thép, làm cho nó đồng đều hơn và mịn hơn, do đó làm giảm sự biến dạng khi xử lý nhiệt.
12. Quá trình làm nguội và làm nguội
Quá trình làm nguội và làm nguội là những mắt xích quan trọng trong việc tạo ra biến dạng xử lý nhiệt bánh răng. Trong quá trình làm nguội, có nhiều yếu tố dẫn đến biến dạng do các yếu tố như thể tích riêng của mô thay đổi lớn, nhiệt độ gia nhiệt cao và làm mát mạnh. Tốc độ làm mát càng nhanh thì việc làm mát không đồng đều càng nghiêm trọng và độ biến dạng cong vênh càng đáng kể. Ngoài ra, loại môi trường làm mát nguội, hiệu suất làm mát, độ cứng, v.v. cũng liên quan đến biến dạng. Do đó, trong quá trình làm nguội và làm nguội, các thông số như nhiệt độ gia nhiệt, tốc độ làm mát và loại môi trường làm mát phải được kiểm soát hợp lý để giảm biến dạng xử lý nhiệt.
Biến dạng xử lý nhiệt bánh răng là kết quả của nhiều yếu tố. Để giảm biến dạng xử lý nhiệt, cần thực hiện các biện pháp toàn diện để kiểm soát nó bắt đầu từ việc lựa chọn vật liệu, thiết kế bánh răng, kiểm soát cấu trúc vi mô, quy trình rèn, xử lý nhiệt sơ bộ, quy trình làm nguội và làm nguội. Chỉ bằng cách này mới có thể đảm bảo hiệu suất và chất lượng tốt của bánh răng trong quá trình xử lý nhiệt.
