Việc chọn giữa gang và thép cho một bánh răng không đơn thuần là vấn đề độ mạnh — đó là sự đánh đổi giữa khả năng chịu tải, tiếng ồn, chi phí, khả năng gia công và môi trường vận hành. Bánh răng gang đã được sử dụng hơn một thế kỷ nay trong mọi thứ, từ máy công cụ đến thiết bị nông nghiệp, còn bánh răng thép thống trị các ứng dụng hiệu suất cao và tải nặng. Hiểu rõ vật liệu nào phát huy thế mạnh ở đâu — và ở đâu thì không — sẽ tránh vừa thiết kế thừa vừa đặc tả thiếu.
Gang xám là vật liệu bánh răng truyền thống cho tải nhẹ đến trung bình. Các mảnh graphit của nó cho khả năng giảm chấn tuyệt vời, khiến bánh răng gang êm hơn rõ rệt so với bánh răng thép trong cùng ứng dụng. Gang xám cũng dễ gia công, tự bôi trơn ở một mức độ nhất định vì graphit đóng vai trò chất bôi trơn khô, và rẻ cả về vật liệu thô lẫn chi phí đúc. Giới hạn nằm ở độ mạnh: gang xám có độ bền kéo khoảng 150–300 MPa, và nó giòn, nên không chịu được tải va đập hay ứng suất uốn mà bánh răng thép sẽ hấp thụ mà không hư hỏng. Đây là lựa chọn đúng cho bộ truyền băng tải, hộp giảm tốc máy công cụ và các ứng dụng tương tự có tải ổn định, nơi tiếng ồn quan trọng và mô-men xoắn đỉnh ở mức vừa phải.
Gang dẻo (gang cầu) nằm giữa gang xám và thép. Graphit ở dạng hình cầu chứ không phải mảnh vụn, điều này cho gang dẻo độ bền kéo 400–900 MPa và khả năng chống va đập tốt hơn nhiều so với gang xám, trong khi vẫn giữ phần lớn ưu thế giảm chấn và gia công của gang. Ví dụ, gang dẻo cấp 65-45-12 có thể dùng cho những bánh răng trước đây buộc phải dùng thép, với chi phí thấp hơn và hành vi tiếng ồn tốt hơn. Gang dẻo cũng có thể tôi bề mặt bằng phương pháp cao tần hoặc tôi ngọn lửa để cải thiện khả năng chống mài mòn, mặc dù độ cứng đạt được thấp hơn so với thép tôi toàn phần hoặc thấm cacbon. Nó ngày càng là lựa chọn mặc định cho các bánh răng công nghiệp tải trung bình, nơi chi phí thép khó biện minh.
Bánh răng thép là câu trả lời khi khả năng chịu tải, chống va đập hay độ bền là ưu tiên. Các loại thép các-bon và thép hợp kim như 45#, 40Cr, 20CrMnTi và 42CrMo cho độ bền kéo từ 600 MPa đến trên 1.200 MPa sau nhiệt luyện, và chúng có thể được tôi toàn phần, thấm cacbon hoặc tôi cao tần để tạo mặt sườn răng đạt 58–62 HRC với lõi dẻo dai, chịu va đập. Thép là lựa chọn thực tế duy nhất cho hộp giảm tốc tốc độ cao, thiết bị khai khoáng, bộ truyền cần cẩu và bất kỳ ứng dụng nào nơi bánh răng phải sống sót qua các quá tải thỉnh thoảng mà không gãy răng. Sự đánh đổi là chi phí vật liệu và gia công cao hơn, và việc bánh răng thép ồn hơn so với bánh răng gang tương đương, trừ khi hình dáng răng được mài hoặc mài khôn đến cấp chính xác cao.
Nhiệt luyện là nơi hai nhóm vật liệu phân kỳ mạnh nhất. Bánh răng gang thường được dùng ở trạng thái sau đúc hoặc ủ giảm ứng suất; tôi bề mặt là có thể nhưng giới hạn về độ sâu và độ cứng. Ngược lại, bánh răng thép hầu như luôn được nhiệt luyện — tôi toàn phần đến 280–320 HB cho bánh răng thông dụng, hoặc thấm cacbon và tôi đến 58–62 HRC cho bánh răng hiệu suất cao. Lớp thấm cacbon cung cấp mặt sườn cứng, chống mài mòn trong khi lõi vẫn dẻo, đó là tổ hợp lý tưởng cho những bánh răng vừa gặp ứng suất tiếp xúc cao vừa chịu tải va đập. Một sai lầm phổ biến là đặc tả một bánh răng thép thấm cacbon cho ứng dụng tải thấp, tốc độ thấp — chi phí thêm mua được không lợi ích chức năng nào, và một bánh răng gang dẻo đã vận hành tốt không kém với giá thấp hơn.
Tại nhà máy, chúng tôi gia công bánh răng bằng gang xám, gang dẻo và đầy đủ các loại thép các-bon và thép hợp kim, với nhiệt luyện và kiểm tra độ cứng ngay tại nhà xưởng. Hãy gửi cho chúng tôi mô-men xoắn, tốc độ, đặc tính tải va đập và yêu cầu tiếng ồn, chúng tôi sẽ đề xuất vật liệu và nhiệt luyện đáp ứng thông số với chi phí thấp nhất — thay vì mặc định dùng thép cho mọi bánh răng.