5 Perbandingan Material Terbaik untuk Roda Gigi

Ketika memilih material roda gigi dan perlakuan panasnya, sangat penting untuk mempertimbangkan kondisi kerja, seperti mode transmisi, sifat dan ukuran beban, kecepatan transmisi, dan persyaratan akurasi.

Selain itu, faktor-faktor seperti pengerasan baja, persyaratan pengerasan permukaan gigi, dan kompatibilitas nilai material dan kekerasan pasangan roda gigi sesuai dengan modul roda gigi dan ukuran penampang harus dipertimbangkan.

Roda gigi dapat dibuat dari berbagai bahan, termasuk besi tuang, baja, bahan metalurgi serbuk, paduan non-besi (seperti paduan tembaga), dan bahan non-logam. Baja adalah bahan yang paling umum digunakan untuk roda gigi dan dapat dikategorikan ke dalam baja karbon rendah, baja karbon sedang, baja karbon tinggi, atau baja paduan.

Perlakuan panas yang tepat, seperti normalisasi, anil, quenching dan tempering, karburasi, nitridasi, atau pendinginan permukaan, dapat secara signifikan meningkatkan kinerja material, kemampuan pemotongan, kualitas pemrosesan, dan masa pakai roda gigi.

Di bawah ini adalah karakteristik dan kondisi yang berlaku dari berbagai bahan baja dan metode perlakuan panas untuk roda gigi:

1. 1. Baja yang Dipadamkan dan Baja Tempered

Nilai Baja

• 45, 35SiMn, 42SiMn, 37SiMn2MoV, 40MnB, 45MnB, 40Cr, 45Cr, 35CrMo, 42CrMo, dll.

Proses 1: Tempering atau Normalisasi

1. Kekuatan dan Ketangguhan: Roda gigi baja yang dipadamkan dan ditempa menunjukkan kekuatan dan ketangguhan yang baik, biasanya dengan kisaran kekerasan 220-300 HBW.
2. Keterbatasan Alat: Jika kekerasan pinion temper tidak dapat ditingkatkan karena keterbatasan alat, roda gigi besar yang dinormalisasi dapat digunakan untuk mempertahankan perbedaan kekerasan antara roda gigi besar dan kecil. Namun, roda gigi yang dinormalisasi memiliki kekuatan yang lebih rendah daripada roda gigi temper.
3. Pemotongan Halus: Pemotongan halus dapat digunakan untuk menghilangkan distorsi yang disebabkan oleh perlakuan panas dan mempertahankan akurasi roda gigi.
4. Efektivitas Biaya: Roda gigi yang dinormalisasi tidak memerlukan perlakuan panas khusus atau peralatan finishing permukaan gigi, sehingga relatif murah untuk diproduksi.
5. Daya Dukung: Roda gigi yang dinormalisasi memiliki kekerasan permukaan gigi yang lebih rendah, yang dapat membatasi daya dukungnya.

Ketentuan yang Berlaku: Roda gigi yang dinormalisasi banyak digunakan untuk aplikasi kecepatan sedang dan rendah secara umum dengan persyaratan kekuatan dan akurasi yang rendah, serta untuk roda gigi besar yang sulit untuk perlakuan panas dan finishing.

Proses 2: Pendinginan Permukaan (Pendinginan Induksi, Pendinginan Api)

1. Kekerasan dan Ketahanan: Roda gigi yang dipadamkan permukaannya memiliki kekerasan permukaan gigi yang tinggi, ketahanan terhadap lubang, dan ketahanan terhadap keausan. Permukaan yang mengeras menghasilkan tegangan sisa, sangat meningkatkan kekuatan akar gigi. Kisaran kekerasan permukaan gigi secara umum adalah 45-55 HRC untuk baja paduan dan 40-50 HRC untuk baja karbon.
2. Kekuatan Inti: Perlakuan quenching dan tempering dapat dilakukan sebelum quenching permukaan untuk lebih meningkatkan kekuatan inti.
3. Efisiensi: Waktu pengerasan induksi singkat.
4. Konsistensi: Kedalaman dan kekerasan lapisan pengerasan casing dapat bervariasi di sepanjang permukaan gigi.
5. Risiko Retak: Pemanasan dan pendinginan yang cepat dapat menyebabkan keretakan.

Ketentuan yang Berlaku: Roda gigi yang dipadamkan permukaannya banyak digunakan untuk aplikasi beban tinggi dan volume kecil.

2. Baja Karburasi

Nilai Baja

• 20Cr, 20CrMnTi, 20CrMnMo, 20CrMo, 22CrMo, 20CrNiMo, 18Cr2Ni4W, 20Cr2Ni4A, dll.

Proses: Karburasi dan Pendinginan

1. Kekerasan dan Ketahanan: Roda gigi yang dikarburasi dan dipadamkan memiliki kekerasan permukaan gigi yang tinggi, ketahanan terhadap lubang, dan ketahanan terhadap keausan. Permukaan yang mengeras menghasilkan tegangan sisa, sangat meningkatkan kekuatan akar gigi. Kisaran kekerasan permukaan gigi secara umum adalah 56-63 HRC.
2. Kinerja Pemotongan: Roda gigi karburasi menunjukkan kinerja pemotongan yang baik.
3. Distorsi dan Akurasi: Karburasi dan pendinginan menyebabkan distorsi perlakuan panas yang signifikan, sehingga membutuhkan penggerindaan pasca perlakuan panas untuk mencapai akurasi yang tinggi. Hal ini meningkatkan waktu dan biaya pemrosesan.

Ketentuan yang Berlaku: Roda gigi karburasi dan quenched banyak digunakan untuk roda gigi menengah dan kecil dengan daya dukung tinggi, ketahanan benturan, akurasi, dan volume kecil.

3. Baja Nitridasi

Nilai Baja

• 38CrMoAlA, 30CrMoSiA, 25Cr2MoV, dll.

Proses: Perawatan Nitridasi

1. Kekerasan dan Ketahanan: Roda gigi nitridasi memiliki kekerasan permukaan gigi yang sangat tinggi, ketahanan terhadap korosi sumuran, dan ketahanan terhadap keausan. Inti memiliki ketangguhan yang baik. Baja karbon sedang sering dipadamkan dan ditempa terlebih dahulu untuk meningkatkan kekuatan inti.
2. Distorsi Minimal: Karena suhu pemanasan yang rendah, distorsi perlakuan panas menjadi minimal, dan gigi tidak perlu digerinda setelah perawatan nitridasi.
3. Ketebalan Lapisan: Lapisan yang dikeraskan tipis, membuat roda gigi kurang cocok untuk beban benturan dan dengan daya dukung yang lebih rendah daripada roda gigi yang dikarburisasi dan dipadamkan.
4. Biaya dan Waktu: Perawatan nitridasi membutuhkan waktu lebih lama dan lebih mahal daripada perawatan panas lainnya.

Ketentuan yang Berlaku: Roda gigi nitridasi cocok untuk aplikasi beban yang besar dan stabil dan untuk situasi di mana peralatan finishing permukaan gigi tidak tersedia, tetapi permukaan gigi yang keras diperlukan.

4. Baja Tuang

Nilai Baja

• ZG310-570, ZG340-640, ZG42SiMn, ZG50SiMn, ZG40Cr1, ZG35CrMnSi, dll.

1. Bentuk Kompleks: Proses ini cocok untuk membuat roda gigi besar dengan bentuk yang rumit.
2. Kekuatan: Kekuatan roda gigi yang diproduksi dengan proses ini lebih rendah daripada baja yang dipadamkan dan ditempa dengan kualitas dan perlakuan panas yang sama.
3. Cacat Pengecoran: Proses ini dapat mengakibatkan cacat pengecoran.

Ketentuan yang Berlaku: Proses ini cocok untuk roda gigi besar yang tidak dapat ditempa.

5. Besi Cor

Nilai Baja

• Berbagai besi cor kelabu, besi ulet, besi cor yang dapat ditempa, dll.

1. Biaya: Besi tuang memiliki biaya material yang rendah.
2. Ketahanan aus: Roda gigi besi tuang menunjukkan ketahanan aus yang baik.
3. Bentuk Kompleks: Proses ini cocok untuk membuat roda gigi besar dengan bentuk yang rumit.
4. Teknologi: Besi cor memiliki teknologi pengecoran dan pemotongan yang baik.
5. Daya Dukung: Roda gigi besi cor memiliki daya dukung yang lebih rendah daripada material lainnya.

Ketentuan yang Berlaku: Besi tuang kelabu dan besi tuang lunak cocok untuk roda gigi berkecepatan rendah, beban ringan, dan bebas benturan. Besi ulet dapat digunakan untuk roda gigi dengan beban dan benturan yang besar.

Dengan memahami sifat dan aplikasi yang sesuai dari berbagai material roda gigi dan proses perlakuan panas, para insinyur dapat membuat keputusan yang tepat untuk mengoptimalkan kinerja dan umur panjang roda gigi dalam berbagai aplikasi industri.