Pemilihan Baja Roda Gigi: Karburisasi vs Pengerasan Menyeluruh

Dua filosofi

Gigi roda gigi memerlukan permukaan yang keras dan tahan aus untuk kekuatan kontak (pitting) dan inti yang tangguh untuk kekuatan lentur. Dua keluarga baja memberikan keseimbangan tersebut dengan cara yang berbeda.

Baja karburisasi

Baja paduan karbon rendah — 8620, 16MnCr5, 20MnCr5, 20CrMnTi — dimesin dalam kondisi lunak, dikarburisasi, kemudian di-quench. Hasilnya: lapisan sekitar 58–62 HRC di atas inti mungkin 30–45 HRC.

• Kekuatan fatik kontak dan lentur tertinggi di antara pilihan umum.
• Kedalaman lapisan berskala dengan ukuran gigi: aturan praktis yang banyak digunakan menempatkan kedalaman lapisan efektif pada sekitar 0.15–0.30 × module — roda gigi module 3 hanya memerlukan beberapa persepuluh milimeter, roda gigi module 10 memerlukan lebih banyak secara proporsional.
• Biaya: siklus karburisasi panjang, distorsi harus dikelola (sering kali gerinda akhir), dan roda gigi yang sangat besar menjadi tidak praktis untuk dilapisi secara seragam.

Baja pengerasan menyeluruh

42CrMo4 / 4140 dan baja paduan karbon menengah sejenis di-quench dan temper hingga seragam ~28–36 HRC, kemudian dipotong atau dimesin akhir. Kekerasan permukaan — dan oleh karena itu ketahanan terhadap pitting — lebih rendah, tetapi:

• Tidak ada batas kedalaman lapisan; cocok untuk roda gigi module besar dan diameter besar (angin, pabrik, kelautan bantu).
• Gigi dapat dikeraskan dengan induksi setelahnya (sekitar 50–55 HRC pada sisi gigi) untuk memulihkan daya tahan permukaan sambil mempertahankan inti yang ditemper.
• Baja nitriding adalah jalur ketiga untuk beban sedang: lapisan yang sangat keras dan tipis dengan distorsi hampir nol, pada kedalaman lapisan terbatas.

Logika pemilihan

Situasi	Pilihan tipikal
Module kecil/sedang, kepadatan torsi tinggi, tugas otomotif dan gearbox	Karburisasi: 8620, 16MnCr5, 20CrMnTi
Module besar, beban kejut, roda gigi industri satu kali	42CrMo4 dikeraskan menyeluruh, opsional dikeraskan induksi
Roda gigi presisi di mana distorsi tidak dapat dikoreksi	Baja nitriding
Beban rendah, biaya rendah, roda gigi yang dapat diganti	1045 atau baja cor, tidak dikeraskan atau dikeraskan ringan

Batas praktisnya adalah ukuran dan tegangan: begitu module tumbuh dan kedalaman lapisan akan melebihi satu milimeter atau lebih, biaya karburisasi dan distorsi meningkat tajam, dan pengerasan menyeluruh dengan perlakuan permukaan biasanya menang.

Realitas perlakuan panas dan penyelesaian

Karburisasi adalah proses batch yang diukur dalam jam hingga hari: roda gigi dimesin dengan kelonggaran gerinda, dilapisi, di-quench, dan digerinda akhir atau di-hard-skive untuk memulihkan akurasi gigi — langkah penyelesaian tersebut harus ada dalam rencana proses dan anggaran toleransi sejak awal. Roda gigi yang dikeraskan secara menyeluruh lebih sederhana: quench dan temper terlebih dahulu, kemudian potong gigi pada blank yang dikeraskan di mana ukuran memungkinkan, menerima hasil akhir sisi yang diberikan oleh pemotongan keras, atau potong lunak dan keraskan dengan induksi dengan akurasi yang agak lebih longgar. Untuk kedua jalur, pita kemampuan pengerasan baja (H-band dalam standar pembelian) adalah yang menjamin kekerasan inti pada akar gigi; menentukan grade tanpa pita kemampuan pengerasannya menyerahkan sifat roda gigi yang paling penting pada keberuntungan.