5 Beste materiaal voor tandwielen vergeleken

Bij het selecteren van tandwielmateriaal en de warmtebehandeling ervan is het essentieel om rekening te houden met de werkomstandigheden, zoals de transmissiemodus, de belastingseigenschappen en -grootte, de transmissiesnelheid en de nauwkeurigheidseisen.

Daarnaast moet er rekening worden gehouden met factoren zoals de hardbaarheid van het staal, de eisen aan de hardheid van het tandoppervlak en de compatibiliteit van materiaal en hardheidswaarden van het tandwielpaar, afhankelijk van de tandwielmodule en de sectiegrootte.

Tandwielen kunnen worden gemaakt van verschillende materialen, waaronder gietijzer, staal, poedermetallurgische materialen, non-ferro legeringen (zoals koperlegeringen) en niet-metallische materialen. Staal is het meest gebruikte materiaal voor tandwielen en kan worden ingedeeld in koolstofstaal met een laag koolstofgehalte, koolstofstaal met een gemiddeld koolstofgehalte, koolstofstaal met een hoog koolstofgehalte of gelegeerd staal.

De juiste warmtebehandeling, zoals normaliseren, gloeien, afschrikken en ontlaten, carboneren, nitreren of oppervlakte afschrikken, kan de prestaties van het materiaal, de snijcapaciteit, de verwerkingskwaliteit en de levensduur van de tandwielen aanzienlijk verbeteren.

Hieronder staan de kenmerken en toepassingsvoorwaarden van verschillende stalen materialen en warmtebehandelingsmethoden voor tandwielen:

1. Gedoofd en gehard staal

Staalsoorten

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

Proces 1: temperen of normaliseren

1. Kracht en taaiheid: Gehard en getemperd stalen tandwielen hebben een goede sterkte en taaiheid, meestal met een hardheidsbereik van 220-300 HBW.
2. Beperkingen van het gereedschap: Als de hardheid van een getemperd rondsel niet kan worden verbeterd vanwege beperkingen in het gereedschap, kan een genormaliseerd groot tandwiel worden gebruikt om het verschil in hardheid tussen het grote en kleine tandwiel te behouden. Genormaliseerde tandwielen hebben echter een lagere sterkte dan getemperde tandwielen.
3. Fijn snijden: Fijn snijden kan worden gebruikt om vervorming door warmtebehandeling te elimineren en de tandwielnauwkeurigheid te behouden.
4. Kosteneffectiviteit: Genormaliseerde tandwielen vereisen geen speciale warmtebehandeling of apparatuur om het tandoppervlak af te werken, waardoor ze relatief goedkoop te produceren zijn.
5. Draagvermogen: Genormaliseerde tandwielen hebben een lagere hardheid van het tandoppervlak, wat hun draagvermogen kan beperken.

Toepasselijke voorwaarden: Genormaliseerde tandwielen worden veel gebruikt voor algemene toepassingen met gemiddelde en lage snelheden en lage eisen aan sterkte en nauwkeurigheid, en voor grote tandwielen die moeilijk te warmtebehandelen en af te werken zijn.

Proces 2: afschrikken van het oppervlak (inductieafschrikken, vlamafschrikken)

1. Hardheid en weerstand: Oppervlaktegebluste tandwielen hebben een hoge hardheid van het tandoppervlak, weerstand tegen putjes en slijtvastheid. Het geharde oppervlak produceert restspanning, waardoor de sterkte van de tandwortel sterk verbetert. De algemene hardheid van het tandoppervlak is 45-55 HRC voor gelegeerd staal en 40-50 HRC voor koolstofstaal.
2. Kracht van de kern: Een afschrik- en ontlaatbehandeling kan worden uitgevoerd vóór het afschrikken aan de oppervlakte om de kernsterkte verder te verbeteren.
3. Efficiëntie: De inductiehardingstijd is kort.
4. Consistentie: De diepte en hardheid van de hardingslaag kunnen variëren langs het tandoppervlak.
5. Risico op barsten: Snel verwarmen en afkoelen kan scheuren veroorzaken.

Toepasselijke voorwaarden: Oppervlaktegecoate tandwielen worden veel gebruikt voor toepassingen met hoge belasting en kleine volumes.

2. Het carboneren van staal

Staalsoorten

• 20H, 20KrMnTi, 20KrMnMo, 20KrMo, 22KrMo, 20KrNiMo, 18Kr2N4W, 20Kr2N4A, enz.

Proces: Carboneren en afschrikken

1. Hardheid en weerstand: Gecarboneerde en gequenchte tandwielen hebben een hoge hardheid van het tandoppervlak, weerstand tegen putjes en slijtvastheid. Het geharde oppervlak produceert restspanning, waardoor de sterkte van de tandwortel sterk verbetert. De algemene hardheid van het tandoppervlak is 56-63 HRC.
2. Snijprestaties: Gecarboneerde tandwielen vertonen goede snijprestaties.
3. Vervorming en nauwkeurigheid: Carbureren en afschrikken veroorzaken een aanzienlijke vervorming door de warmtebehandeling, waardoor slijpen na de warmtebehandeling nodig is om een hoge nauwkeurigheid te bereiken. Dit verhoogt de verwerkingstijd en de kosten.

Toepasselijke voorwaarden: Gecarboneerde en gedoofde tandwielen worden veel gebruikt voor middelgrote en kleine tandwielen met een hoge draagkracht, slagvastheid, nauwkeurigheid en een klein volume.

3. Nitreren van staal

Staalsoorten

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

Proces: Nitreren Behandeling

1. Hardheid en weerstand: Genitreerde tandwielen hebben een zeer hoge hardheid van het tandoppervlak, weerstand tegen putcorrosie en slijtvastheid. De kern heeft een goede taaiheid. Staal met een gemiddeld koolstofgehalte wordt vaak eerst afgeschrikt en ontlaten om de sterkte van de kern te verbeteren.
2. Minimale vervorming: Door de lage verhittingstemperaturen is de vervorming door de warmtebehandeling minimaal en hoeven de tanden na de nitreerbehandeling niet geslepen te worden.
3. Laagdikte: De geharde laag is dun, waardoor het tandwiel minder geschikt is voor schokbelastingen en een lagere draagcapaciteit heeft dan gecarboneerde en afgeschrikte tandwielen.
4. Kosten en tijd: Nitreren duurt langer en is duurder dan andere warmtebehandelingen.

Toepasselijke voorwaarden: Genitreerde tandwielen zijn geschikt voor toepassingen met grote, stabiele belastingen en voor situaties waarin apparatuur voor het afwerken van tandoppervlakken niet beschikbaar is, maar harde tandoppervlakken vereist zijn.

4. Gietstaal

Staalsoorten

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

1. Complexe vormen: Dit proces is geschikt voor de productie van grote tandwielen met complexe vormen.
2. Sterkte: De sterkte van tandwielen die met dit proces zijn vervaardigd, is lager dan die van gehard staal van dezelfde kwaliteit en warmtebehandeling.
3. Gietfouten: Dit proces kan leiden tot gietfouten.

Toepasselijke voorwaarden: Dit proces is geschikt voor grote tandwielen die niet gesmeed kunnen worden.

5. Gietijzer

Staalsoorten

• Diverse soorten grijs gietijzer, nodulair gietijzer, smeedbaar gietijzer, enz.

1. Kosten: Gietijzer heeft lage materiaalkosten.
2. Slijtvastheid: Gietijzeren tandwielen hebben een goede slijtvastheid.
3. Complexe vormen: Dit proces is geschikt voor de productie van grote tandwielen met complexe vormen.
4. Technologieën: Gietijzer heeft goede giet- en snijtechnologieën.
5. Draagvermogen: Gietijzeren tandwielen hebben een lagere draagkracht dan andere materialen.

Toepasselijke voorwaarden: Grijs gietijzer en smeedbaar gietijzer zijn geschikt voor tandwielen met lage snelheid, lichte belasting en schokvrij. Kneedbaar gietijzer kan worden gebruikt voor tandwielen met grote belastingen en schokken.

Door de eigenschappen en geschikte toepassingen van verschillende tandwielmaterialen en warmtebehandelingsprocessen te begrijpen, kunnen ingenieurs weloverwogen beslissingen nemen om de prestaties en levensduur van tandwielen in diverse industriële toepassingen te optimaliseren.