Vous êtes-vous déjà demandé ce qui rend les engrenages des machines si durables et si efficaces ? Cet article se penche sur le monde fascinant des matériaux en acier utilisés dans la fabrication des engrenages. S'appuyant sur les connaissances d'ingénieurs mécaniciens chevronnés, nous explorons les propriétés et les avantages des différents types d'acier. À la fin, vous comprendrez comment le choix des matériaux influe sur les performances et la longévité des engrenages.
Le choix du matériau de l'engrenage et de son traitement thermique est principalement basé sur les conditions de travail telles que le mode de transmission, les propriétés et la taille de la charge, la vitesse de transmission et les exigences de précision de l'engrenage.
Parallèlement, il est également nécessaire de prendre en compte les exigences en matière de trempabilité de l'acier et de durcissement de la surface de la dent, l'adaptation du matériau et de la valeur de dureté de la paire d'engrenages en fonction du module d'engrenage et de la taille de la section.
Les engrenages peuvent être fabriqués à partir de divers matériaux, notamment la fonte, l'acier, les matériaux issus de la métallurgie des poudres, les alliages non ferreux (tels que les alliages de cuivre) et les matériaux non métalliques.
L'acier est le matériau le plus couramment utilisé pour les engrenages. Il peut s'agir d'acier à faible teneur en carbone, d'acier à teneur moyenne en carbone, acier à haute teneur en carboneou de l'acier allié. Traitement thermique approprié, tel que la normalisation, recuitLa trempe et le revenu, la cémentation, la nitruration ou la trempe superficielle peuvent améliorer les performances et la capacité de coupe du matériau, ainsi que la qualité du traitement et la durée de vie des engrenages.
Vous trouverez ci-dessous les caractéristiques et les conditions applicables à divers matériaux d'acier et méthodes de traitement thermique pour les engrenages.
Nuances d'acier : 45, 35SiMn, 42SiMn, 37SiMn2MoV, 40MnB, 45MnB, 40Cr, 45Cr, 35CrMo, 42CrMo, etc.
Processus 1 : Revenu ou normalisation
(1) Trempé et revenu Les engrenages en acier inoxydable présentent une bonne résistance et une bonne ténacité, avec une dureté typique de 220-300 HBW.
(2) Si la dureté d'un pignon trempé ne peut être améliorée en raison des limitations de l'outil, une grande roue normalisée peut être utilisée pour maintenir la différence de dureté entre la grande et la petite roue. Cependant, les engrenages normalisés sont moins résistants que les engrenages trempés.
(3) Le découpage fin peut être utilisé pour éliminer la distorsion causée par le traitement thermique et maintenir la précision de l'engrenage.
(4) Les engrenages normalisés ne nécessitent pas de traitement thermique spécial ni d'équipement de finition de la surface de la dent, ce qui rend leur fabrication relativement peu coûteuse.
(5) Les engrenages normalisés ont une dureté de surface de dent plus faible, ce qui peut limiter leur capacité de charge.
Conditions d'application : Les engrenages normalisés sont largement utilisés pour les applications générales à moyenne et basse vitesse, avec de faibles exigences en matière de résistance et de précision, ainsi que pour les grands engrenages difficiles à traiter thermiquement et à finir.
Processus 2 : trempe superficielle (trempe par induction, trempe à la flamme)
(1) Les engrenages à surface trempée présentent une dureté élevée de la surface de la dent, une résistance aux piqûres et une résistance à l'usure. La surface trempée produit contrainte résiduelleLa dureté de la surface de la dent est généralement comprise entre 45 et 55 HRC pour les dents de lait et les dents de lait. La dureté générale de la surface de la dent est comprise entre 45 et 55 HRC. acier allié et 40-50 HRC pour l'acier au carbone.
(2) Un traitement de trempe et de revenu peut être effectué avant la trempe superficielle pour améliorer encore la résistance du noyau.
(3) Le temps de durcissement par induction est court.
(4) La profondeur et la dureté de la couche de cémentation peuvent varier le long de la surface de la dent.
(5) Un réchauffement et un refroidissement rapides peuvent provoquer des fissures.
Conditions d'application : Les engrenages à trempe superficielle sont largement utilisés pour les applications à forte charge et à faible volume.
Nuances d'acier : 20Cr, 20CrMnTi, 20CrMnMo, 20CrMo, 22CrMo, 20CrNiMo, 18Cr2Ni4W, 20Cr2Ni4A, etc.
Processus : La cémentation et la trempe
(1) Les engrenages cémentés et trempés présentent une dureté élevée de la surface de la dent, une résistance aux piqûres et une résistance à l'usure. La surface durcie produit des contraintes résiduelles, ce qui améliore considérablement la résistance du pied de la dent. La dureté générale de la surface de la dent est comprise entre 56 et 63 HRC.
(2) Les engrenages cémentés présentent de bonnes performances de coupe.
(3) La cémentation et la trempe provoquent des déformations importantes dues au traitement thermique, ce qui nécessite un meulage après le traitement thermique pour obtenir une grande précision. Cela augmente la durée et le coût du traitement.
Conditions d'application : Les engrenages cémentés et trempés sont largement utilisés pour les engrenages de petite et moyenne taille ayant une capacité de charge élevée, une résistance aux chocs, une grande précision et un faible volume.
Nuances d'acier : 38CrMoAlA, 30CrMoSiA, 25Cr2MoV, etc.
Processus : nitruration traitement
(1) Les engrenages nitrurés présentent une très grande dureté de la surface de la dent, une résistance à la corrosion par piqûre et une résistance à l'usure. Le noyau présente une bonne ténacité. L'acier à moyenne teneur en carbone est souvent trempé et revenu au préalable pour améliorer la résistance du noyau.
(2) En raison des faibles températures de chauffage, la distorsion due au traitement thermique est minimale et les dents ne nécessitent pas de meulage après le traitement de nitruration.
(3) La couche durcie est mince, ce qui rend l'engrenage moins adapté aux charges d'impact et avec une capacité de charge plus faible que les engrenages cémentés et trempés.
(4) Le traitement de nitruration est plus long et plus coûteux que les autres traitements thermiques.
Conditions d'application : Les engrenages nitrurés conviennent aux applications à charge importante et stable et aux situations où l'on ne dispose pas d'équipement de finition de la surface des dents, mais où des surfaces de dents dures sont nécessaires.
Nuances d'acier : ZG310-570, ZG340-640, ZG42SiMn, ZG50SiMn, ZG40Cr1, ZG35CrMnSi, etc.
(1) Ce procédé est adapté à la fabrication d'engrenages de grande taille avec formes complexes.
(2) La résistance des engrenages fabriqués selon ce procédé est inférieure à acier trempé et revenu de la même qualité et du même traitement thermique.
(3) Ce processus peut aboutir à défauts de coulée.
Conditions d'application : Ce procédé convient aux grands engrenages qui ne peuvent pas être forgés.
Qualité de l'acier : divers fonte grisefonte ductile, fonte malléable, etc.
(1) La fonte est un matériau peu coûteux.
(2) Les engrenages en fonte présentent une bonne résistance à l'usure.
(3) Ce procédé est adapté à la fabrication de grands engrenages aux formes complexes.
(4) La fonte possède de bonnes technologies de moulage et de découpe.
(5) Les engrenages en fonte ont une capacité de charge inférieure à celle des autres matériaux.
Conditions d'application : La fonte grise et la fonte malléable conviennent aux engrenages à faible vitesse, à charge légère et sans impact. La fonte ductile peut être utilisée pour les engrenages soumis à des charges et des chocs importants.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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