Việc chọn giữa phôi bánh răng rèn và phôi đúc được quyết định rất lâu trước khi răng đầu tiên được cắt, và nó âm thầm đặt trần giới hạn cho độ mạnh, tuổi thọ mỏi, khả năng kiểm tra và đơn giá của mọi thứ về sau. Hai phôi cùng một bản vẽ có thể vận hành như những chi tiết khác nhau sau khi đưa vào phục vụ, và nguyên nhân hầu như luôn là cách phôi được tạo ra. Rèn làm biến dạng dẻo một thanh đặc dưới búa hoặc máy ép, ép vỡ các lỗ rỗng và định hướng dòng hạt theo đường viền chi tiết. Đúc đổ thép nóng chảy vào khuôn rồi để nó đặc lại ngay tại chỗ, đông lại bất kể độ xốp, sự phân tách và tạp chất mà mặt đông đặc để lại. Mỗi hướng đi có một ngách kỹ thuật hợp lệ, và câu trả lời đúng phụ thuộc vào mức độ nặng của tải, chế độ va đập, kích thước chi tiết, độ phức tạp hình học, quy mô lô hàng và ngân sách kiểm tra mà khách hàng sẵn sàng chi. Bài viết này đi qua từng điểm: khác biệt luyện kim, cách kiểm tra không phá hủy đọc hai hướng ra sao, hai mác thép tham chiếu nằm hai bên đường ranh giới, sự đánh đổi chi phí, và thông số kỹ thuật mà người mua nên đưa vào yêu cầu báo giá.
Ở mức độ luyện kim, hai hướng đi bắt đầu từ cùng một ý tưởng nhưng phân kỳ gần như ngay lập tức về tỷ trọng và cấu trúc hạt. Một phôi rèn bắt nguồn từ một phôi đúc liên tục, vốn đã chứa độ xốp dọc tâm, sự phân tách và tạp chất phi kim. Máy ép hoặc búa rèn sau đó ép phôi đó theo hai hoặc ba hướng, đóng các lỗ rỗng bên trong, phá vỡ cấu trúc dendrit đúc và ép thép chảy quanh khoang khuôn. Kết quả là một vi cấu trúc biến dạng nóng với dòng hạt kiểu sợi chạy theo đường viền ngoài của chi tiết, do đó các đường dòng chạy song song với đường ứng suất tại chân răng thay vì bị cắt ngang bởi gia công. Tỷ trọng gần với lý thuyết, thường trên 99%, và độ dẻo theo phương của một phôi rèn đúng cách tốt hơn rõ rệt so với một đoạn đúc cùng thành phần danh nghĩa. Ngược lại, một phôi đúc đông đặc từ thể lỏng. Co rút, lỗ khí, tạp chất xỉ hoặc cát, và sự phân tách giữa các hạt bị đông lại trong đoạn đúng tại nơi kim loại lỏng cuối cùng chuyển sang rắn. Hạt ở trạng thái sau đúc, dendrit thô, và không có sợi được tạo ra có chủ đích. Tỷ trọng thấp hơn, và cơ tính trong một đoạn dày bị kéo xuống bởi bất kỳ khuyết tật nào sống sót qua quá trình đông đặc, đó là lý do vì sao cùng một đặc tả hóa học trên một phôi đúc lại cho độ bền và giới hạn mỏi đảm bảo thấp hơn so với trên phôi rèn.
Sự khác biệt về chất lượng bên trong hiện ra ngay khi phôi được mang đi kiểm tra không phá hủy, và logic chấp nhận không giống nhau. Kiểm tra siêu âm trên phôi rèn đọc được một ma trận hạt mịn, sạch và tìm kiếm các khuyết tật dạng tấm, vết nứt bên trong mở ra trong lúc tôi, và các nếp gấp rèn bị bỏ sót trong cánh web hoặc tại một lõi bích. Thực tế công nghiệp phân cấp phôi rèn theo kích thước và số lượng vật phản xạ cho phép trong mỗi vùng độ sâu, và biên độ sóng echo được so với các lỗ đáy phẳng có đường kính đã biết. Vì ma trận mịn, nhiễu nền giữ thấp và các vật phản xạ nhỏ phân giải được. Trên một phôi đúc, cùng một đầu dò siêu âm nhìn thấy cấu trúc dendrit thô vốn tán xạ âm ngay ở mức vi cấu trúc, nâng tầng nhiễu nền và che đi các chỉ thị nhỏ. Thay vào đó, phôi đúc được đánh giá về các hốc co rút, ống co, tạp chất xỉ và vết nứt nóng, những khuyết tật có xu hướng kích thước lớn hơn nhưng số lượng ít hơn, và việc chấp nhận thường dựa trên tiêu chuẩn chụp X-quang hoặc siêu âm thể tích cho phép các chỉ thị cục bộ lớn hơn ở các vùng ít chịu ứng suất. Trên thực tế, điều này nghĩa là một phôi đúc hầu như luôn mang một điều khoản chấp nhận hình ảnh, kích thước và kiểm tra không phá hủy chặt chẽ hơn trên mỗi kilôgam so với một phôi rèn cùng kích thước, vì nhà cung cấp không thể giả định tính toàn vẹn bên trong mà máy ép rèn đã tạo ra. Thảo từ hạt từ tính và thẩm thấu trên cả hai hướng sau đó tìm kiếm các khuyết tật xuyên bề mặt: nếp gấp và vết nứt tôi trên phôi rèn, vết lạnh và tạp chất cát trên phôi đúc.
Hai mác thép minh họa rõ đường phân kỳ kỹ thuật. 42CrMo4, ở trạng thái giao hàng là phôi rèn đã tôi và ram, là lực sĩ của vành bánh răng chịu ứng suất cao, bánh răng nhỏ và trục. Sau thường hóa, tôi trong dầu và ram, nó đạt độ bền kéo trong khoảng 900–1.100 megapascal trên các đoạn có kích thước phù hợp, với độ dẻo chống khía tốt và giới hạn mỏi hỗ trợ các hình dáng răng thấm cacbon hoặc tôi cao tần. Đây là lựa chọn mặc định cho những bánh răng gặp tải va đập, chế độ đảo chiều, áp lực vòng chia nặng hoặc vành thành mỏng nơi một lỗ rỗng sẽ là tai họa. Về phía đúc, mác đúc tương đương được tham chiếu trong họ mác thép đúc DIN EN 10293 và ISO 3755 cho độ mạnh thấp hơn nhưng vẫn hữu ích trên các đoạn dày hơn nơi rèn sẽ không kinh tế hoặc không thể thực hiện. Đây là câu trả lời tiêu chuẩn cho các bánh răng rất lớn, bánh răng vành với các sườn trong phức tạp, vỏ không đối xứng, hoặc các phôi mang nhiều hình học tích hợp như bích bắt bu-lông và các khoang giảm nhẹ. Quy tắc ngón tay cái thiết kế đơn giản: nếu ứng suất chân răng và ứng suất tiếp xúc nằm ở phần ba trên của giá trị cho phép của vật liệu, hoặc nếu chế độ làm việc có va đập thường xuyên, hãy chọn hướng rèn bằng 42CrMo4; nếu bánh răng lớn, hình học gần dạng thành phẩm, tải thấp đến trung bình và chi phí khuôn rèn không thu hồi được, hãy đặc tả mác đúc tương đương và chấp nhận cơ tính đảm bảo thấp hơn với kiểm tra không phá hủy chặt chẽ hơn.
Sự đánh đổi chi phí bắt nguồn từ các thành phần cố định và biến đổi của hai hướng. Một phôi rèn cần khuôn ép kín, được phân bổ vào lô hàng, và nó để lại lượng dư gia công rộng rãi trên bích, lỗ và các mặt răng vì bề mặt sau rèn không đủ chính xác để chạy trực tiếp. Hiệu suất sử dụng vật liệu trên một phôi bánh răng khuôn kín điển hình khoảng 80%, phần còn lại thành vảy ô-xy, be ép và lượng thừa được gia công bỏ đi. Một phôi đúc cần mẫu khuôn và đôi khi lõi cát, những thứ rẻ hơn khuôn rèn, và hình học có thể được đổ gần dạng thành phẩm, do đó lượng dư gia công mỏng hơn và thể lượng phoi nhỏ hơn. Trên một phôi lớn, phức tạp mà nếu không đúc sẽ phải hàn các sườn và bích từ tấm thép, phôi đúc thường thắng về trọng lượng loại bỏ được và thời gian máy tiết kiệm. Điểm giao nhau mang tính thực nghiệm: đối với các phôi nhỏ, tròn, đối xứng lên đến khoảng vài trăm kilôgam, phôi rèn từ bộ khuôn tiêu chuẩn là rẻ và câu hỏi dụng cụ biến mất. Một khi phôi trở nên lớn, không đối xứng, có sườn hoặc hình học độc nhất, chi phí cố định của một khuôn rèn kín đẩy đơn giá lên, và hướng đúc thắng trừ khi chu kỳ làm việc buộc phải có vi cấu trúc rèn. Quy mô lô hàng lại làm dịch chuyển cán cân: một bánh răng đơn lẻ để thay thế tời thường biện minh cho việc đúc ngay cả khi phôi rèn mạnh hơn, bởi vì sự phân bổ chi phí dụng cụ trên một chi tiết quá nhỏ để có ý nghĩa theo một trong hai hướng.
Khi hướng đi đã được chọn, yêu cầu báo giá gửi nhà cung cấp nên mang một đặc tả bằng văn bản ngắn để thứ đến tay khớp với thứ đã định. Hãy nêu rõ mác thép và tiêu chuẩn đặt hàng theo đó, ví dụ 42CrMo4 theo EN 10083 cho phôi rèn hoặc mác đúc tương đương theo EN 10293 cho phôi đúc. Hãy nêu rõ nhiệt luyện cần thiết, trạng thái giao hàng và khoảng độ cứng trên răng cũng như trên lõi bích, và việc thử kéo cùng thử va đập được cắt từ một mẫu thử gắn kèm hay từ một đoạn kéo dài trên chính phôi. Hãy nêu rõ điều khoản chấp nhận kiểm tra không phá hủy: kiểm tra siêu âm đến hạng vật phản xạ quy định cho phôi rèn, chụp X-quang hoặc kiểm tra siêu âm thể tích đến cấp quy định cho phôi đúc, cộng thêm kiểm tra từ tính hoặc thẩm thấu trên mọi bề mặt gia công sau nhiệt luyện. Hãy nêu rõ dung sai bản vẽ, yêu cầu đánh dấu, và việc có cần giấy chứng nhận vật liệu theo EN 10204 3.1 hoặc tương đương hay không. Cuối cùng, hãy nêu rõ quy mô lô và lịch giao hàng cần thiết, bởi vì hai con số đó quyết định liệu nhà cung cấp chọn lấy khuôn tiêu chuẩn, một mẫu khuôn mới, hay một chế tạo hàn làm phương án dự phòng. Một phôi được đặc tả trên sáu điểm này là phôi mà nhà cung cấp có thể báo giá một cách trung thực, thử nghiệm và giao hàng mà không phải mở lại cuộc thảo luận luyện kim sau khi đơn hàng đã đặt.