기어 소재와 열처리를 선택할 때는 전송 모드, 부하 특성 및 크기, 전송 속도 및 정확도 요구 사항과 같은 작업 조건을 고려하는 것이 필수적입니다.
또한 강철 경화성, 톱니 표면 경화 요구 사항, 기어 모듈 및 단면 크기에 따른 기어 쌍의 재료 및 경도 값의 호환성과 같은 요소도 고려해야 합니다.
기어는 주철, 강철, 분말 야금 재료, 비철 합금(예: 구리 합금), 비금속 재료 등 다양한 재료로 만들 수 있습니다. 강철은 기어에 가장 일반적으로 사용되는 재료이며 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강 또는 합금강으로 분류할 수 있습니다.
정규화, 어닐링, 담금질 및 템퍼링, 침탄, 질화 또는 표면 담금질과 같은 적절한 열처리는 재료의 성능, 절삭 능력, 가공 품질 및 기어의 서비스 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다.
다음은 기어의 다양한 강재와 열처리 방법의 특성과 적용 가능한 조건입니다:
1. 담금질 및 강화 강철
강철 등급
- 45, 35SiMn, 42SiMn, 37SiMn2MoV, 40MnB, 45MnB, 40Cr, 45Cr, 35CrMo, 42CrMo 등입니다.
프로세스 1: 템퍼링 또는 정규화
- 강도와 견고함: 담금질 및 강화 강철 기어는 일반적으로 220-300 HBW의 경도 범위로 우수한 강도와 인성을 나타냅니다.
- 도구 제한 사항: 공구 제한으로 인해 강화 피니언의 경도를 개선할 수 없는 경우, 큰 기어와 작은 기어의 경도 차이를 유지하기 위해 정규화된 큰 기어를 사용할 수 있습니다. 그러나 노멀라이즈드 기어는 강화 기어보다 강도가 낮습니다.
- 미세 절단: 미세 절삭을 통해 열처리로 인한 왜곡을 제거하고 기어 정확도를 유지할 수 있습니다.
- 비용 효율성: 정규화된 기어는 특별한 열처리나 치아 표면 마감 장비가 필요하지 않으므로 제조 비용이 상대적으로 저렴합니다.
- 베어링 용량: 정규화된 기어는 톱니 표면 경도가 낮아 지지력이 제한될 수 있습니다.
적용 조건: 정규화 기어는 강도와 정확도 요구 사항이 낮은 일반 중저속 응용 분야와 열처리 및 마감이 어려운 대형 기어에 널리 사용됩니다.
프로세스 2: 표면 담금질(유도 담금질, 화염 담금질)
- 경도 및 저항: 표면 담금질 기어는 치아 표면 경도, 내공극성 및 내마모성이 높습니다. 경화된 표면은 잔류 응력을 생성하여 치아 뿌리 강도를 크게 향상시킵니다. 일반적인 치아 표면 경도 범위는 합금강의 경우 45-55 HRC, 탄소강의 경우 40-50 HRC입니다.
- 핵심 강도: 표면 담금질 전에 담금질 및 템퍼링 처리를 수행하여 코어 강도를 더욱 향상시킬 수 있습니다.
- 효율성: 인덕션 경화 시간이 짧습니다.
- 일관성: 케이스 경화 층의 깊이와 경도는 치아 표면에 따라 다를 수 있습니다.
- 크랙 위험: 급격한 가열 및 냉각은 균열을 일으킬 수 있습니다.
적용 조건: 표면 담금질 기어는 고부하, 소량 애플리케이션에 널리 사용됩니다.
2. 침탄 강철
강철 등급
- 20Cr, 20CrMnTi, 20CrMnMo, 20CrMo, 22CrMo, 20CrNiMo, 18Cr2Ni4W, 20Cr2Ni4A 등입니다.
프로세스: 침탄 및 담금질
- 경도 및 저항: 침탄 및 담금질 기어는 치아 표면 경도, 내공극성 및 내마모성이 높습니다. 경화된 표면은 잔류 응력을 생성하여 치아 뿌리 강도를 크게 향상시킵니다. 일반적인 치아 표면 경도 범위는 56-63 HRC입니다.
- 커팅 성능: 카부화 기어는 우수한 절삭 성능을 발휘합니다.
- 왜곡 및 정확도: 침탄 및 담금질은 심각한 열처리 왜곡을 유발하므로 높은 정확도를 달성하기 위해 열처리 후 연삭이 필요합니다. 이로 인해 처리 시간과 비용이 증가합니다.
적용 조건: 침탄 및 담금질 기어는 높은 지지력, 내충격성, 정확도 및 작은 부피를 가진 중형 및 소형 기어에 널리 사용됩니다.
3. 질화 강철
강철 등급
- 38CrMoAlA, 30CrMoSiA, 25Cr2MoV 등
프로세스: 질화 처리
- 경도 및 저항: 질화 기어는 톱니 표면 경도가 매우 높고 내식성 및 내마모성이 뛰어납니다. 코어의 인성이 우수합니다. 중탄소강은 코어 강도를 향상시키기 위해 먼저 담금질 및 템퍼링하는 경우가 많습니다.
- 왜곡 최소화: 낮은 가열 온도로 인해 열처리 왜곡이 최소화되며 질화 처리 후 치아를 연마할 필요가 없습니다.
- 레이어 두께: 경화층이 얇기 때문에 침탄 및 담금질 기어보다 충격 하중에 적합하지 않고 베어링 용량이 낮습니다.
- 비용 및 시간: 질화 처리는 다른 열처리보다 시간이 오래 걸리고 비용이 더 많이 듭니다.
적용 조건: 질화 기어는 크고 안정적인 하중 적용 분야 및 치아 표면 마감 장비를 사용할 수 없지만 단단한 치아 표면이 필요한 상황에 적합합니다.
4. 주강
강철 등급
- ZG310-570, ZG340-640, ZG42SiMn, ZG50SiMn, ZG40Cr1, ZG35CrMnSi 등이 있습니다.
- 복잡한 도형: 이 공정은 복잡한 형상의 대형 기어를 제조하는 데 적합합니다.
- 강도: 이 공정으로 제조된 기어의 강도는 동일한 등급 및 열처리된 담금질 및 강화강보다 낮습니다.
- 주조 결함: 이 과정에서 주조 결함이 발생할 수 있습니다.
적용 조건: 이 공정은 단조할 수 없는 대형 기어에 적합합니다.
5. 주철
강철 등급
- 비용: 주철은 재료비가 저렴합니다.
- 내마모성: 주철 기어는 내마모성이 우수합니다.
- 복잡한 도형: 이 공정은 복잡한 형상의 대형 기어를 제조하는 데 적합합니다.
- 기술: 주철은 주조 및 절단 기술이 우수합니다.
- 베어링 용량: 주철 기어는 다른 소재보다 지지력이 낮습니다.
적용 조건: 회주철 및 연성 주철은 저속, 경하중, 충격이 없는 기어에 적합합니다. 연성 주철은 하중과 충격이 큰 기어에 사용할 수 있습니다.
엔지니어는 다양한 기어 재료와 열처리 공정의 특성과 적합한 적용 분야를 이해함으로써 다양한 산업 분야에서 기어 성능과 수명을 최적화하기 위한 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다.