Материал металлических шестерен

Зубчатые стали можно разделить на два основных класса — простые углеродистые и легированные стали.Легированные стали в некоторой степени используются в промышленной сфере, но гораздо более распространены термообработанные простые углеродистые стали.Использование необработанных легированных сталей для зубчатых передач редко, если вообще когда-либо, оправдано, и то только при отсутствии оборудования для термической обработки.При определении того, следует ли использовать термообработанную простую углеродистую сталь или термообработанную легированную сталь, необходимо учитывать следующие моменты: Требуют ли условия эксплуатации или конструкция превосходных характеристик легированных сталей, или, если легированные стали не требуются, будут ли полученные преимущества компенсируют дополнительные затраты?Для большинства применений удовлетворительными и вполне экономичными являются простые углеродистые стали, подвергнутые термообработке для достижения наилучших свойств при использовании по назначению.Преимущества использования термообработанных легированных сталей вместо термообработанных простых углеродистых сталей заключаются в следующем:

Повышенная твердость поверхности и глубина проникновения в твердость при том же содержании углерода и закалке.

Возможность получить ту же твердость поверхности при менее радикальной закалке и, в случае некоторых сплавов, при более низкой температуре закалки, что дает меньшую деформацию.

Повышенная прочность, на что указывают более высокие значения предела текучести, удлинения и уменьшения площади.

Меньший размер зерна, что приводит к более высокой ударной вязкости и повышенной износостойкости.

В случае некоторых сплавов улучшенные механические качества или возможность обработки при более высокой твердости.

Использование цементируемых сталей

Каждый из двух общих классов зубчатых сталей можно подразделить следующим образом:

Цементируемые стали;

цельнозакаленные стали;

3) стали, подвергнутые термообработке и вытянутые до твердости, допускающей механическую обработку.

Первые две — цементируемая и полнозакаленная стали — взаимозаменяемы для некоторых видов эксплуатации, и выбор часто является вопросом личного мнения.Цементируемые стали с их чрезвычайно твердой, мелкозернистой (при правильной обработке) оболочкой и сравнительно мягким и пластичным сердечником обычно используются, когда требуется устойчивость к износу.Цементируемые легированные стали имеют довольно прочную сердцевину, но не такую ​​прочную, как у полностью закаленных сталей.Чтобы получить максимальную выгоду от основных свойств, цементированные стали следует подвергать двойной закалке.Это особенно верно в отношении легированных сталей, поскольку преимущества, получаемые от их использования, редко оправдывают дополнительные затраты, если только сердечник не рафинирован и не упрочнен повторной закалкой.Наказанием, которое придется заплатить за дополнительную доработку, является повышенная деформация, которая может быть чрезмерной, если форма или конструкция не поддаются процессу цементации.

Использование сталей сквозной закалки

Стали сквозной закалки используются, когда требуется высокая прочность, высокий предел выносливости, ударная вязкость и устойчивость к ударам.Эти качества зависят от типа стали и используемой обработки.В этой группе достигается довольно высокая поверхностная твердость, хотя и не такая высокая, как у цементируемых сталей.По этой причине устойчивость к износу не так велика, как можно было бы получить, но когда требуется износостойкость в сочетании с большой прочностью и ударной вязкостью, этот тип стали превосходит другие.Сквозная закалка стали в некоторой степени деформируется при закалке, величина которой зависит от используемой стали и закалочной среды.По этой причине стали сквозной закалки не подходят для высокоскоростных зубчатых передач, где шум является важным фактором, или для зубчатых передач, где точность имеет первостепенное значение, за исключением, конечно, случаев, когда практически возможно шлифование зубьев.При среднем и высоком содержании углерода требуется закалка в масле, но при более низком содержании углерода может потребоваться закалка в воде, чтобы получить самые высокие физические свойства и твердость.Однако искажение будет больше при закалке водой.

Термическая обработка, позволяющая механическую обработку

Когда шлифование зубьев шестерен невозможно и требуется высокая степень точности, закаленные стали можно тянуть или отпускать до твердости, позволяющей нарезать зубья.Такая обработка дает очень тонкую структуру, большую прочность и, несмотря на низкую твердость, отличные износостойкие свойства.Меньшая прочность в некоторой степени компенсируется устранением дополнительных нагрузок из-за воздействий, вызванных неточностями.При такой обработке сталей с низкой степенью проникновения твердости от поверхности до сердцевины проектирование не может основываться на физических свойствах, соответствующих твердости на поверхности.Поскольку физические свойства определяются твердостью, падение твердости от поверхности к сердцевине приведет к снижению физических свойств у корня зуба, где напряжение наибольшее.Закалочной средой может быть масло, вода или рассол, в зависимости от используемой стали и желаемой твердости.Степень деформации, конечно, не имеет значения, поскольку механическая обработка производится после термообработки.