Bánh răng là sản phẩm rất quan trọng và rất phổ biến trong các loại máy. Bánh răng chịu tải th!ờng
Các bánh răng quay với tốc độ chậm, chịu tải trọng không lớn th!ờng đ!ợc làm bằng thép hóa tốt, các bánh răng hộp số của máy cắt gọt thông th!ờng thuộc nhóm này. Các thép hóa tốt để làm bánh răng th!ờng là 40, 45, 40X đôi khi 40XH. Để bảo đảm độ bền cao, khả năng chịu va đập của lõi, thép đ!ợc nhiệt luyện hóa tốt, còn mặt răng cần độ cứng và tính chống mài mòn cao qua tôi cảm ứng. Đặc điểm của tôi cảm ứng bánh răng là khó đạt đ!ợc lớp tôi cứng phân bố đều theo chu vi răng.
Hình 5.∀0. Sự phân bố lớp tôi và lớp chuyển tiếp khi nung toàn bộ bề mặt các răng: a. m < 2,0; b. m = 2,0 ữ 2,5; c. m = 2,5 ữ 4,0; d. m > 4,0 (trong hình vẽ các số chỉ độ cứng HRC)
Khi môđun răng m < 6 (loại răng nhỏ) rất khó đạt đ!ợc nung đều bề mặt theo chu vi, bởi vì vòng cảm ứng không thể uốn l!ợn theo chu vi của từng răng, do vậy sau khi tôi lớp cứng có hình dạng khác nhau. Với môđun quá nhỏ (m < 2) không những toàn bộ răng mà cả lớp dày d!ới chân răng cũng đ!ợc tôi cứng (hình 5.10a), với các môđun lớn hơn (m = 2,0 ữ 4,0) lớp tôi dần dần mỏng lại so với tiết
diện răng (hình 5.10b và c) nh!ng chân răng vẫn đ!ợc tôi cứng. Khi môđun răng lớn hơn 4, hầu nh! toàn bộ răng đ!ợc tôi, nh!ng chân răng không đ!ợc tôi (hình 5.10d). Với các bánh răng có răng nhỏ nh! vậy, để đạt lớp tôi mỏng phải dùng máy phát dòng tần số cao trong khoảng 70 ữ 250kHz với vòng cảm ứng dạng tròn (khuyên).
Hình 5.∀∀. Ph!ơng pháp tôi từng răng: a. tôi răng; b. tôi rãnh răng
Các bánh răng có môđun lớn (m > 6 ữ 8) không thể dùng cách nung đồng thời các răng, lúc đó phải dùng cách nung theo các mặt làm việc (hai bên mặt răng hay má) do đó nâng cao đ!ợc tính chống mài mòn (hình 5.11). Nung nóng đồng thời hai mặt làm việc của cùng một răng (hình 5.11a) chỉ nâng cao độ cứng của hai mặt bên của răng, còn độ cứng chân răng không thay đổi, do đó không nâng cao đ!ợc độ bền mỏi chân răng. Các bánh răng tôi theo kiểu này th!ờng bị nứt chân răng khi làm việc. Nung nóng đồng thời hai mặt làm việc giáp nhau của hai răng kề nhau bằng cách đặt vòng cảm ứng vào r∀nh răng (hình 5.11b), nh! vậy cả mặt làm việc lẫn chân răng cũng đều đ!ợc tôi cứng.
Bảng 5.5. Chọn chiều sâu lớp thấm cacbon theo môđun răng
(theo công ty Gleason) Môđun răng Chiều sâu lớp
thấm cacbon nên chọn, mm
Chiều dày răng theo vòng chia,
mm
Tỷ số chiều dày lớp thấm với nửa
chiều dày răng
Tỷ số chiều sâu lớp thấm với môđun 1,5 0,4 2,3 0,34 0,27 3,0 0,8 4,5 0,34 0,27 4,0 0,95 6,0 0,32 0,24 5,0 1,1 7,5 0,30 0,22 7,0 1,4 10,5 0,26 0,20 10,0 1,8 15,0 0,24 0,18
Bánh răng chịu tải nặng
Các bánh răng quay với tốc độ lớn, chịu tải nặng (nh! các bánh răng của hộp số, cầu sau ôtô) đ!ợc làm bằng thép thấm cacbon. !u điểm của cách chế tạo này là bánh răng chịu đ!ợc tải nặng hơn, chịu mài mòn tốt hơn do kết quả của thấm cacbon, tôi và ram thấp, nh!ng có nh!ợc điểm là là quá trình hóa nhiệt luyện kéo dài làm tăng giá thành.
So với tôi cảm ứng, lớp hóa bền bề mặt bánh răng bằng thấm cacbon hay thấm cacbon - nitơ phân bố đều theo chu vi, nói chung không phụ thuộc vào môđun răng. Chiều sâu lớp thấm cacbon đ!ợc chọn theo môđun răng nh! trình bày ở bảng 5.5, để bảo đảm tỷ số giữa chiều sâu lớp thấm với nửa chiều dày răng ở trong giới hạn 0,2 ữ 0,3, với tỷ lệ này giới hạn mỏi của bánh răng đạt đ!ợc giá trị cao nhất.
Các mác thép thấm cacbon th!ờng dùng làm bánh răng là 18XΓT, 25XΓT, 30XΓT, 12XH3A và 25XΓM, trong đó 25XΓM chỉ dùng để thấm cacbon - nitơ. Ngày nay trong công nghiệp ôtô ng!ời ta đều đ∀ chuyển cách chế tạo bánh răng từ thấm cacbon sang thấm cacbon - nitơ ở thể khí. Ví dụ ở Nga ng!ời ta đ∀ dùng rộng r∀i mác 25XΓM để làm bánh răng cho các hộp số ôtô. Sau khi thấm cacbon - nitơ trong lò liên tục (sử dụng khí thiên nhiên, khí thu nhiệt và amôniac) ở nhiệt độ 850
ữ 8600C, bánh răng đ!ợc tôi trực tiếp trong dầu nóng MC20 ở nhiệt độ 1800C (tôi phân cấp). Cách chế tạo nh! vậy rút ngắn đ!ợc thời gian và nhiệt độ thấm, nâng cao tính chống mài mòn, giảm độ biến dạng so với thấm cacbon. Theo số liệu của nhà máy ZIL hiệu quả của dùng thép mác 25XΓM, 25XΓT thấm cacbon - nitơ thay cho 12XH3A thấm cacbon nh! trình bày ở bảng 5.6.
Bảng 5.6. Hiệu quả của thấm cacbon - nitơ so với thấm cacbon cho bánh răng
Nguyên công nhiệt luyện
12XH3A
(thấm cacbon + ram cao + tôi ram thấp)
25XΓM, 25XΓT
(thấm cacbon - nitơ + tôi trực tiếp - phân cấp + ram thấp)
Thời gian thấm, h 10 6 Nhiệt độ thấm, 0C 930 860 Độ cứng, HRC 60 57 ữ 60 Độ đảo vòng chia, mm 0,35 0,08 ữ 0,12 Tính chống mài mòn, % 100 200 5.3.5.Thép đàn hồi
Nh! tên gọi, thép đàn hồi là thép khá cứng, có tính đàn hồi cao, có thành phần cacbon t!ơng đối cao, trong khoảng 0,55 ữ 0,65%, dùng để chế tạo nhíp, lòxo và các chi tiết đàn hồi khác. Để đạt giới hạn đàn hồi cao nhất thép đ!ợc nhiệt luyện tôi + ram trung bình đạt tổ chức trôxtit ram.