You're Reading a Free Preview
Pages 7 to 9 are not shown in this preview.
You're Reading a Free Preview
Pages 16 to 33 are not shown in this preview.
Loading Preview
Sorry, preview is currently unavailable. You can download the paper by clicking the button above.
Ngoài được sử dụng làm khuôn dập nóng ra, thép SKD61 còn được sử dụng trong một số ngành công nghiệp gia công khác. Một trong số đó chính là sử dụng thép SKD61 để làm bánh răng chịu tải trọng lớn.
Như bạn đã biết, thép tròn đặc SCM440 thường được các xưởng cơ khí ưu tiên dùng làm bánh răng vì những ưu điểm nổi bật của chúng. Tuy nhiên, sự phát triển của ngành cơ khí chế tạo mà nhiều loại máy ra đời, nhiều môi trường cần sử dụng hơn nên có các yêu cầu kỹ thuật cao hơn. Vì vậy, Sevit gửi tới bạn thép làm bánh răng mới có tốt hơn qua bài viết dưới đây.
Thép làm bánh răng phải hoạt động trong môi trường như thế nào?
Với các loại máy móc thông thường, bánh răng sẽ được sử dụng theo cặp. Tùy theo loại máy và nhu cầu sử dụng mà chúng có thể dùng từ 2, 3, 4 hoặc thậm chí nhiều cặp bánh răng hơn. Các cặp bánh răng này có tác dụng truyền động, điều phối tốc độ nhanh/chậm của động cơ máy. Vì vậy, đây là một trong những bộ phận quan trọng để máy móc hoạt động.
Bánh răng thường được làm từ SCM440
Khi hoạt động, bánh răng phải:
- Làm việc trong môi trường chịu tải trọng lớn, có thể thay đổi theo chu kỳ;
- Chịu lực ma sát liên tục khi hoạt động;
- Vùng chân răng dễ bị phá huỷ do chịu ứng suất uốn lớn;
- Chi tiết máy làm việc trong môi trường có khả năng va đập mạnh.
Đó là những vấn đề bánh răng thường gặp phải khi hoạt động trong môi trường bình thường. Với các môi trường cao cấp hơn, đòi hỏi thép làm bánh răng phải:
+ Khả năng chịu mài mòn tốt hơn vì tốc độ máy hoạt động tăng lên;
+ Chịu nhiệt tốt hơn vì môi trường trường sinh nhiệt khá lớn.
Vì vậy, bánh răng cần một mác thép tốt hơn như thép tròn đặc SKD61.
---> Bài viết liên quan: Bánh răng làm bằng thép tròn SCM440 như thế nào?
---> Sản phẩm liên quan: Thép Tròn Đặc SCM440H Hàn Quốc
SKD61 - Thép làm bánh răng cao cấp trong môi trường đặc biệt
Như bảng thành phần hóa học của SKD61 và SCM440, bạn hoàn toàn có thể thấy chúng có nhiều sự tương đồng. Nhờ những thành phần hóa học này, bạn có thể thấy sự phù hợp của các mác thép tròn đặc này với bánh răng.
So sánh thành phần hóa học thép SCM440 và SKD61
Ở phạm vi bài viết này, Sevit sẽ tập trung phân tích 2 yêu cầu chịu mài mòn tốt hơn và chịu nhiệt tốt hơn của SKD61. Điều giúp SKD61 vượt trội hơn thép SCM440 là nhờ:
+ Hàm lượng Crom trong thép SKD61 chiếm đến 5,15% => Khả năng chịu mài mòn tốt hơn rất nhiều so với các loại vật liệu thông thường khác như S45C, S50C, S55C và ngay cả SCM440.
+ Có thêm Vanadi trong mác thép SKD61 => Tăng khả năng chịu nhiệt độ của bánh răng lên đáng kể.
+ Hàm lượng Crom cao => Nguyên tố này giúp tăng khả năng chống mài mòn cao.
Vì vậy, trong môi trường chịu nhiệt độ cao rất cần thép tròn đặc SKD61 làm vật liệu cho các loại bánh răng cao cấp.
---> Sản phẩm liên quan: Thép Tròn Đặc SKD61 [Phi 28 - Phi 180]
Độ cứng thép SKD61 bao nhiêu là thích hợp khi làm bánh răng?
Thép tròn đặc SKD61 thích hợp làm bánh răng cao cấp
Độ cứng thông thường của bánh răng là 52 HRC – 55 HRC vì chúng làm việc trong môi trường chịu mài mòn và tải trọng cao. Với độ cứng này, SKD61 hoàn toàn có thể đáp ứng sau khi nhiệt luyện [tôi chân không].
Bên cạnh đó, thép SKD61 có độ dẻo cao giúp bánh răng hạn chế tình trạng nứt vỡ trong quá trình vận hành. Chính vì vậy, đây là mác thép được sử dụng trong nhiều loại máy móc cao cấp.
Tuy nhiên, trong quá trình gia công thường gặp các vấn đề độ cứng, nứt/vỡ, … vì xử lý nhiệt không đúng kỹ thuật. Điều quan trọng bạn cần làm là tìm các công ty cung cấp thép chất lượng và xử lý nhiệt chuyên nghiệp như Sevit để đảm bảo chất lượng của bánh răng. Liên hệ Sevit [0332 91 61 61] ngay để có những bộ bánh răng cao cấp nhất nhé!
---> Đặt thép tròn đặc SKD61 [Phi 11 - 25]
---> Đặt thép tròn đặc SKD61 [Phi 190 - 280]
Liên hệ với Sevit qua:
* Hotline: 0332 91 61 61
* Fanpage: Sevit Special Steel
* Zalo: Sevit Special Steel
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
[