Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẤM CARBON ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ BỀN MÒN CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH CHẾ TẠO BẰNG THÉP 18ХГТ APPLIED PLASMA-CARBURIZING TECHNOLOGY TO INCREASE WEARING ENDURANCE OF PLANETARY GEAR TRANSMISSION WERE MADE BY 18ХГТ STEEL Phạm Văn Đông Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội phamvandong07@gmail.com TÓM TẮT Bài viết trình bày kết nghiên cứu tổ chức tế vi, đánh giá độ cứng bề mặt truyền bánh hành tinh sau xử lý phương pháp thấm carbon Các mẫu bánh thử nghiệm thấm carbon, xác định độ cứng từ bề mặt vào lõi bánh răng, kết hợp nghiên cứu thay đổi tổ chức tế vi cho thấy công nghệ thấm carbon có nhiều ưu điểm để nâng cao độ bền mòn truyền bánh hành tinh Từ kết nghiên cứu cho phép lựa chọn giải pháp công nghệ xử lý nhiệt để thiết kế quy trình chế tạo truyền bánh hành tinh Từ khóa: bánh hành tinh, thấm carbon ABSTRACT This paper presents the researching results of mirco-structure, estimation of hardness gear’s surface of planetary gear after plasma carburizing process The sample gear models are treated by plasma carburizing process, tempered and determined hardness from gear’s surface to gear’s core, compined studying the change of micro-structure show that the plasma carburizing technology has many advantages to incease wearing endurance of planetary gear transmission From the researching results, it permits to select heating treatment technology solution to design manufactured technological process of planetary gear transmission Keywords: planetary gears, plasma-carburizing ĐẶT VẤN ĐỀ Trong năm gần loại máy móc, thiết bị phục vụ công trình nhập vào Việt Nam ngày nhiều số lượng phong phú chủng loại, thiết bị Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc,… Các máy móc thiết bị phục vụ công trình làm việc điều kiện tải trọng động, tải trọng thay đổi phạm vi rộng tải ngắn hạn, thường xảy hỏng hóc, đặc biệt truyền bánh Bộ truyền bánh hành tinh (Hình 1) truyền xảy hư hỏng như: gãy mẻ răng, mòn răng, tróc dỗ dính Nhưng chế độ làm việc nặng, liên tục nên truyền bánh hành tinh thường bị hư hỏng mòn gãy mẻ (Hình 2) Hình Hộp giảm tốc bánh hành tinh 428 Hình Bánh trung tâm Hộp giảm tốc hành tinh bị gãy mẻ Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Để khắc phục hư hỏng với điều kiện làm việc khắc nghiệt, đòi hỏi phải có nhiều biện pháp để nâng cao chất lượng độ bền bánh răng, việc lựa chọn khảo sát vật liệu chế tạo bánh răng, sử dụng công nghệ xử lý bề mặt để nâng cao chất lượng bề mặt THỰC NGHIỆM 2.1 Vật liệu thiết bị thí nghiệm 2.1.1 Vật liệu gia công Vật liệu thường chọn làm bánh điều kiện làm việc chịu tải trọng không ổn định vật liệu thép hợp kim có độ bền cao, có từ 2-3 thành phần kim loại, tỷ lệ phần trăm carbon thấp [1,2] Ở tác giả nghiên cứu mẫu bánh hành tinh để thí nghiệm vật liệu thông dụng 18ХГТ (ГOCT 14959-79); số lượng thông số mẫu thí nghiệm thể Bảng 1, bánh thí nghiệm thể Hình Bảng Số lượng thông số chế tạo bánh Số lượng mẫu 12 Thông số chế tạo bánh mẫu m Z d da df b β α 51 51 53 48,5 24 0o 20o Hình Bánh thí nghiệm 2.1.2 Trang thiết bị thí nghiệm Trong trình nghiên cứu, tác giả sử dụng số máy móc, thiết bị phục vụ trình thí nghiệm đo kiểm Các thiết bị bao gồm (Hình 5, 6, 7): Hình Hình ảnh bánh thí nghiệm Hình Máy phân tích tổ chức tế vi đo chiều sâu lớp thấm LEICA DFC290 (Đức) - Máy phân tích tổ chức tế vi đo chiều sâu lớp thấm LEICA DFC290: Hình - Máy kiểm tra thành phần hoá học ARL 3460 (Thụy Sỹ): Hình - Máy đo độ cứng Vicker FRANK (Đức): Hình 429 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Máy kiểm tra thành phần hoá học ARL 3460 Hình Máy đo độ cứng Vicker FRANK 2.2 Phương pháp thực nghiệm Nghiên cứu thực 12 mẫu bánh chưa qua sử dụng Các mẫu bánh hành tinh xác định mác thép phương pháp quang phổ; sử dụng phương pháp thấm carbon, tôi; kiểm tra sai số hình học bánh răng; kiểm tra đánh giá độ cứng bánh mẫu; mài nghiền, kiểm tra độ nhám chạy thực nghiệm Đo, kiểm tra đánh giá độ mòn bánh hành tinh 2.3 Kết thực nghiệm 2.3.1 Kết phân tích mác thép Kết phân tích mẫu bánh quang phổ phát xạ thể Bảng Bảng Kết phân tích thành phần hoá học mác thép làm bánh Vật liệu 18XГT Thành phần hóa học trung bình nguyên tố (%) C Cr Ni Mn Ti S P Mo 0,2018 1,0073 0,0362 0,9045 0,0859 0,0007 0,00293 0,02816 2.3.2 Thông số công nghệ thấm carbon Sau phân tích thành phần hoá học, mẫu bánh tiến hành thấm carbon Thông số công nghệ thấm thể Bảng [3-8] Bảng Thông số công nghệ thấm carbon Vật liệu Nhiệt độ thấm (oC) Thời gian thấm (h) Thời gian giữ nhiệt độ (h) 18ХГТ 920 10 2.3.3 Kết phân tích tổ chức tế vi 2.3.3.1 Kết phân tích tổ chức hạt Các mẫu sau nhiệt luyện làm sạch, đánh bóng đưa lên máy LEICA DFC290 để soi tổ chức tế vi, kết hình ảnh nhận với độ phóng đại 200X thể Hình Qua hình ảnh tổ chức tế vi mẫu chụp lõi bánh cho thấy thành phần Austenite chuyển biến phần lớn thành martenxite kim (pha sẫm) phần Austenite dư (pha trắng), mẫu bánh thấu 430 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Tổ chức tế vi mẫu sau thấm Hình Kích thước hạt mẫu sau thấm Sau soi tổ chức tế vi, tiến hành đo kích thước hạt, xác định số lượng hạt diện tích 0,0432 mm2, với độ phóng đại 500X Kết đo cho thấy kích thước hạt trung bình mẫu 10,29127µm (Hình 9) 2.3.3.2 Kết xác định chiều sâu lớp thấm Các mẫu làm sạch, đánh bóng đưa lên máy soi tổ chức tế vi LEICA DFC290 để tiến hành đo xác định chiều sâu lớp thấm vị trí đỉnh răng, chân sườn Kết đo thể Hình 10, 11 12 Hình 10 Chiều sâu lớp thấm đỉnh Hình 11 Chiều sâu lớp thấm chân Nhận xét: Mẫu bánh sau thấm carbon có chiều sâu lớp thấm trung bình vị trí chân 811,752 µm, vị trí đỉnh 1471,621 µm vị trí sườn 732,396µm Hình 12 Chiều sâu lớp thấm sườn mẫu sau thấm carbon Hình 13 Xác định khoảng cách vị trí đo độ cứng 431 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 2.3.4 Kết đo độ cứng tế vi Mẫu bánh đo độ cứng máy Vicker FRANK từ mặt vào lõi bánh đến độ cứng ổn định - Đối với đỉnh đo vị trí từ đỉnh vào lõi bánh với khoảng cách vị trí đo liên tiếp 0,5 mm (Hình 13) - Đối với chân đo vị trí từ chân vào lõi bánh với khoảng cách vị trí đo liên tiếp mm Kết đo độ cứng từ mặt vào lõi bánh thể Bảng Bảng Kết đo độ cứng từ bề mặt vào lõi bánh (HV) Vị trí đo Đỉnh Chân Vị trí đo Đỉnh Chân 752 642 623 - 715 642 620 - 673 634 613 - 643 620 10 613 - 627 615 11 613 - 627 613 12 613 - 644,583 627,667 Giá trị trung bình Dựa vào kết đo, ta có đồ thị thể độ cứng từ bề mặt vào lõi bánh đến độ cứng ổn định Hình 14 HV 800 600 400 200 Khoang Khoảng cách cách (mm) (mm) Hình 14 Đồ thị thể độ cứng từ mặt vào lõi bánh Kết đo độ cứng bề mặt thể Bảng Bảng Kết đo độ cứng trung bình bề mặt Ký hiệu mẫu Độ cứng (HV) Ký hiệu mẫu Độ cứng (HV) 01 782 07 781 02 785 08 782 03 790 09 785 04 780 10 780 05 782 11 779 06 776 12 786 Giá trị trung bình 782,33 432 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Nhận xét: Độ cứng trung bình bề mặt mẫu bánh hành tinh sau thấm carbon 782,33 HV; độ cứng trung bình từ mặt vào lõi bánh đến độ cứng ổn định đỉnh 644,583 HV chân 627,667 HV KẾT LUẬN Nghiên cứu xác định thành phần Austenite chuyển biến phần lớn thành martenxite phần Austenite dư Sau soi tổ chức tế vi, xác định kích thước, số lượng hạt diện tích 0,0432 mm2 với kích thước hạt trung bình 10,29127 µm Vật liệu chế tạo bánh 18ХГТ, với chế độ thấm chọn, bánh sau thấm carbon có chiều sâu lớp thấm trung bình vị trí chân 811,752 µm, vị trí đỉnh 1471,621 µm, vị trí sườn 732,396µm Độ cứng trung bình đo từ mặt vào lõi bánh đến độ cứng ổn định sau thấm carbon đỉnh 644,583 HV, chân 627,667 HV Như vậy, mẫu bánh chế tạo vật liệu 18ХГТ thấm carbon với thông số công nghệ thấm chọn chiều sâu lớp thấm trung bình đạt 1005,256 µm Độ cứng trung bình bề mặt mẫu bánh sau thấm carbon 782,33 HV TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Địch, Công nghệ chế tạo bánh răng, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [2] Nghiêm Hùng, Vật liệu học sở, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2010 [3] Phạm Văn Đông, Trần Đức Quý, Trần Vệ Quốc, Nâng cao độ bền bề mặt truyền bánh thấm nitơ plasma, Kỷ yếu Hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc Cơ khí lần thứ III, 2013 [4] Nguyễn Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất, Công nghệ nhiệt luyện, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000 [5] Nguyễn Phú Ấp, Công nghệ hoá nhiệt luyện chế tạo máy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1994 [6] Nguyễn Văn Tư, Xử lý bề mặt, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 1999 [7] Lục Vân Thương, Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm Nitơ xung plasma nhiệt độ thấp chế tạo dụng cụ cắt gọt chi tiết máy, Đề tài nghiên cứu Khoa học Công nghệ - Bộ Công thương, 2007 [8] Nguyễn Chung Cảng, Sổ tay nhiệt luyện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2002 [9] A Birolini (1999), Reliability Engineering Theory and Practice, Springer – Zurich [10] Faydor L Litvin and Alfonso Fuentes (2004), Gear Geometry and Applied Theory, Cambridge University Press [11] J P Holman (2001), Experimental Methods for Engineers, McGraw-Hill [12] Geoge E Totten (2006), Ph D., Fasm Steel heat treatment Metallurgy and technology, ASM Handbook Vol Heat treating [13] В М Зинченко, Инженерия поверхности зубчатых колес методами химко термической обработки, Москва Издательство МГТУ имю Н Э Баумана 2001 [14] Э Н Гулида (1981), Иcследование влиярия качесва поверхностного слоя зубь-ев цилиндрических кодес на их надежность, В ки Размерный анализ и ста-тистические методы регулирования точности технологических процессов Матконф, НТО Машпром Запарожье 433 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV [15] Э Н Гулида (1980), Технологические основы управления надежностью цилиндрических зубчатых колес, Вести Львов политехн ин-та [16] В М Зинченко (2001), Инженерия поверхности зубчатых колес методами химкотермической обработки – Москва Издательство МГТУ имю Н Э Баумана THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ TS Phạm Văn Đông - Phòng Khoa học Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, Quận Bắc Từ Liêm, Hà Nội Email: phamvandong07@gmail.com; ĐT: 0967051166 434