Viden

Lad os se nærmere på principperne for materialevalg til smedede tandhjulsemner og de typiske anvendelsesscenarier for forskellige materialer. Smedning, som en af ​​de vigtigste formningsmetoder til tandhjulsemner, er afgørende for materialevalget, hvilket direkte påvirker tandhjulets endelige ydeevne, levetid, forarbejdningsomkostninger og anvendelsesmulighed.

I. Vigtigste overvejelser ved valg af materialer til smedede tandhjulsemner

 

1. Ydeevnekrav:

- Styrke og hårdhed: Kernekrav for at modstå bøjningsudmattelsesbrud ved tandroden og overfladeknusningsdeformation. Skal opfylde gearets krav til bæreevne (kontaktstyrke, bøjningsstyrke).

 - Slidstyrke: Modstandsdygtighed over for grubetæring, slid og afskrabninger på tandoverfladen. Særligt kritisk for grubetæring nær tanddelingslinjen.

-Sejhed: Absorber stødbelastninger og forhindrer pludseligt tandbrud.

- Udmattelsesgrænse: Modstandsdygtighed over for udmattelsesbrud under skiftende belastninger.

- Varmebehandlingsevne: Om materialet let kan varmebehandles ved afkøling, anløbning, karburering, nitrering osv. for at opnå de ønskede egenskaber (hård overflade, sej kerne). Dette er en vigtig overvejelse.

- Hærdbarhed: Meget vigtig for små tandhjul, der kræver generel hærdning eller kontrol af hærdningsdybden i tandområdet på tandhjul, der kun behøver lokal hærdning.

 

 

2. Driftsbetingelser:

- Belastningsstørrelse og -art: Statisk, dynamisk eller stødbelastning? Let, mellemtung, tung eller supertung belastning?

- Hastighed: Højhastighedsdrift kræver hensyntagen til dynamisk balance, centrifugalkraft og risiko for overophedning.

- Temperatur: Unormalt høj eller lav arbejdstemperatur (kræver varmebestandige eller højstyrkematerialer)?

- Miljø: Eksponering for ætsende medier, fugt, støv, vakuum? Kræver korrosionsbestandighed eller speciel overfladebehandling.

- Smøreforhold: Fedtsmøring, tvungen oliespraysmøring, stænksmøring eller endda tørfriktion?

- Krav til forventet levetid og pålidelighed: Grad af krav til slid og udmattelseslevetid.

 

3. Fremstillingsevne:

- Smedbarhed: Materialet skal have god varmplastisk deformationsevne, være let at smede i form, reducere smedefejl og minimere formslid.

- Bearbejdelighed: Bearbejdeligheden før og efter varmebehandling til drejning, fræsning, høvling, formning og slibning.

- Svejsbarhed: Er der behov for tandhjulssvejsning eller efterfølgende svejsning af samling?

- Varmebehandlingsfølsomhed: Grad af bratkølingsdeformation? Tendens til revnedannelse? Følsomhed over for afkulning?

 

4. Omkostningseffektivitet:

- Materialeomkostninger: Råvarepriserne varierer betydeligt.

- Forarbejdningsomkostninger: Inklusive smedning, varmebehandling og bearbejdningsomkostninger. Billigere materialer kan føre til mere komplekse processer eller kortere levetider.

- Varmebehandlingsomkostninger: Karburering og bratkøling er dyrere end normalisering, og vakuumvarmebehandling er dyrere end luftovnsbehandling.

- Stabilitet i forsyningskæden: Nem indkøb og levering af materialer.

- Samlede ejeromkostninger (TCO): Omfattende hensyntagen til anskaffelsesomkostninger, produktionsomkostninger, brugsomkostninger (slid, vedligeholdelse, nedetid) og levetid.

5. Størrelses- og designfaktorer:

- Gearstørrelse: Store gear er begrænset af emnespecifikationer og varmebehandlingsudstyrets hæmningskapacitet.

- Strukturel kompleksitet: Har den en fastgjort skaft- eller egerstruktur? Forskellige overvejelser vedrørende materialer og varmebehandling.

 

Nøglepunkter i materialevalgsprocessen

1. Definer gearets funktion, driftsforhold, belastningsspektrum og nøgleindikatorer for ydeevne klart.

2. Udvælg foreløbigt flere typer materialer, der opfylder de grundlæggende ydeevnekrav baseret på kravene (såsom høj overfladehårdhed? Høj kernesejhed? Korrosionsbestandighed?). .

3. Evaluer produktionsmuligheder og omkostninger: Er det nemt at smede, varmebehandle og forarbejde? Er omkostningerne acceptable?

4. Endelig afvejning: Vælg den kombination med den bedste ydeevne, proces og pris. Legeret konstruktionsstål er normalt det mest almindelige valg.

 

 

 

II. Almindelige smedematerialer og deres typiske anvendelsesscenarier

 

Følgende er de vigtigste kategorier af materialer, der almindeligvis anvendes til smedning af tandhjul, sammen med deres typiske specifikationer og anvendelsesscenarier:

 

1. Mellemkulstofstål og mellemkulstoflegeret stål - Hærdede og hærdede stål:

Repræsentative karakterer:

- Indenlandsk: 45 (55), 40Cr (50Cr), 40MnB (45MnB), 42CrMo (35CrMo, 40CrMo, 50CrMo), 40CrNiMo, 34CrNiMo6 (svarende til tysk standard), 30CrMnTi (mere fokuseret på karburering)

- Amerikansk standard: 1045 (1050), 4140 (4340), 4150, 4340, 4330V, 300M

- Tysk standard: C45, 42CrMo4, 34CrNiMo6, 30CrNiMo8

- Japansk standard: S45C (SCM440), SNCM439, SCM420 (mest brugt til karburering)

- Varmebehandling: Hærdning + højtemperaturhærdning (hærdnings- og anløbningsbehandling). Opnå sorbitstruktur.

- Kerneegenskaber:

- Fremragende samlede mekaniske egenskaber (god afstemning af styrke, hårdhed, plasticitet og sejhed).

- Kerne- og overfladehårdheden er stort set den samme, normalt i området HB250-HB350.

- God procesydelse (smedning, skæring, svejsning).

- Typiske anvendelsesscenarier:

- Generelle gear med moderat belastning, medium hastighed og ingen kraftig stød, hvor tandoverfladens hårdhed ikke er højt påkrævet.

- Mellem- og lavhastighedstransmission i værktøjsmaskiner, reduktionsgear, generel mekanisk kraftoverføring, landbrugsmaskiner, entreprenørmaskiner osv.

- Fungerer normalt under fedt- eller stænksmøring.

- Almindeligt valg til store gear (på grund af den gode hærdbarhed af legeret konstruktionsstål).

- Fordele: Relativt lave omkostninger (især kulstofstål), god forarbejdningsevne, stabil og pålidelig ydeevne.

- Ulemper: Lav tandoverfladehårdhed, ringere slidstyrke og kontaktudmattelsesstyrke sammenlignet med tandhjul med høj hårdhed.

 

2. Lavkulstoflegeret stål (karbureringsstål/overfladehærdet stål) (lavkulstoflegeret stål - overfladehærdet stål):

- Repræsentative karakterer:

- Indenlandsk: 20Cr, 20CrMnTi (18CrMnTi), 20CrMnMo, 20CrMo (22CrMo), 20CrNiMo (18CrNiMo7-6), 20Cr2Ni4, 17CrNiMo6 (tysk standard)

- Amerikansk standard: 4120 (4320, 4820), 8620, 8822, 9310

- Tysk standard: 20MnCr5 (17Cr3), 16MnCr5, 18CrNiMo7-6, 15CrNi6

- Japansk standard: SCr420 (SCM415), SCM420H, SNCM220

- Varmebehandling: Karburering + bratkøling + lavtemperaturhærdning (nogle bruger også karbonitrering eller højtryksgaskarburering). Danner en hærdet martensitisk overflade med højt kulstofindhold og en hård martensitisk/sorbit-kernestruktur med lavt kulstofindhold.

- Kerneegenskaber:

- Ekstremt høj tandoverfladehårdhed (HRC58-63), fremragende slidstyrke og modstandsdygtighed over for grubetæring.

- Kernehårdheden er justerbar (normalt HRC30-45), god sejhed og høj bøjningsstyrke.

- Stærk tandbæreevne.

- Typiske anvendelsesscenarier: § Til applikationer med høje belastninger, høje hastigheder og høje præcisionskrav.

- Til biltransmissioner, drivaksler (differentialer, hovedreduktionsgear), industrielle gearkasser (kritiske kvaliteter), vindmøllegearkasser, flygear, præcisionsinstrumenter og situationer, der kræver høj pålidelighed og lang levetid.

- Til scenarier med stødbelastninger og cykliske spændinger.

- Udbredt anvendt i tandhjulsbehandlingsprocesser (såsom tandhjulsslibning) for at opnå højere præcision og overfladefinish.

- Fordele: Fremragende kontaktudmattelsesstyrke og bøjningsudmattelsesstyrke, god slidstyrke og ekstremt høj bæreevne, hvilket gør den yderst velegnet til tandhjul udsat for betydelige punkt- og linjekontaktspændinger og bøjningsspændinger.

- Ulemper: Kompleks varmebehandlingsproces (karburering og bratkøling), høje krav til processtyring, høje omkostninger (både materiale- og varmebehandling), betydelig deformation (kræver efterfølgende efterbehandling) og relativt lavere kernesejhed sammenlignet med bratkølede og anløbne ståltyper.

 

3. Nitreringsstål (nitreringsstål):

- Repræsentative karakterer:

- Almindeligt anvendt: 38CrMoAlA (41CrAlMo7) - Specielt designet til nitrering.

- Anvendes også: 42CrMo (34CrMo4), 40CrNiMo, 34CrNiMo6 og andre højtlegerede ståltyper med god hærdbarhed (kan også nitreres for bedre ydeevne).

-Varmebehandling: Hærdning og anløbning (hærdning + højtemperaturanløbning) + overfladenitrering (gas-/ion-nitrering). Danner et nitreret lag med høj hårdhed, der er slidstærkt og korrosionsbestandigt.

-Kernepræstationsegenskaber:

- Høj overfladehårdhed og slidstyrke (HV1000 og derover), fremragende rødhårdhed (opretholder hårdhed på 500°C).

- Minimal varmebehandlingsforvrængning (nitreringstemperaturen er lav, cirka 500-560°C).

- Gode ​​anti-seizing egenskaber og en vis korrosionsbestandighed.

- Væsentligt forbedret udmattelsesstyrke.

- Typiske anvendelsesscenarier:

- Præcisionsgear, hvor tandoverfladen kræver ekstremt høj hårdhed, slidstyrke og udmattelsesstyrke, men hvor deformation skal kontrolleres strengt, eller hvor efterbehandling efter varmebehandling er vanskelig.

- Gear, der arbejder ved højere temperaturer (<500-550°C) eller under forhold med ingen eller dårlig smøring (på grund af det nitrerede lags gode anti-seizing egenskaber).

 

-  Tyndvæggede og slanke akselgear, der ikke kan tolerere betydelig deformation.

 

- Tandhjul i luftfart, præcisionsmaskiners spindler, turboladergear, højhastigheds- og kraftige tandhjul i skibe og forbrændingsmotorer samt tandhjul, der kræver både fremragende slidstyrke og korrosionsbestandighed.

- Fordele: Overfladelag med ultrahøj hårdhed, fremragende slid- og korrosionsbestandighed, minimal forvrængning og god ydeevne ved høje temperaturer.

- Ulemper: Tyndt hærdet lag (typisk < 0.7 mm), ikke egnet til applikationer med for store stød- eller kontaktspændinger (risiko for dyb lagafskalning), lang nitreringscyklus (især for dybe nitrerede lag eller gasnitrering) og lidt dårligere forarbejdningsevne for dedikerede ståltyper som 38CrMoAlA (såsom smedeevne, behov for at fjerne hvide pletter før bratkøling og anløbning).

 

4. Støbejern (Støbejern) - Bruges sjældent til smedning af emner, men ses lejlighedsvis i specifikke tilfælde

- Egenskaber: Laveste pris, gode støbeegenskaber, fremragende vibrationsdæmpning (reducerer støj) og let at støbe komplekse former.

- Anvendelsesbegrænsninger: Sjældent brugt til smedning af emner. Bruges hovedsageligt til ekstremt store eller komplekst formede dele, der er vanskelige at smede, typisk støbt direkte til tandhjulsform. Smedejern får sit navn fra udglødningsprocessen og bruges ikke til smedning af emner.

- Smedning og støbning af grænseflader (såsom svinghjulsringe): Lejlighedsvis smedes stål til et ringformet emne og bøjes derefter til en ring ved hjælp af højfrekvent eller mellemfrekvent induktionsvarme (svarende til valseformning), men dette minder meget om profilformning snarere end traditionel formsmedning eller åben formsmedning.

 

5. Ikke-jernholdige metaller og legeringer (ikke-jernholdige metaller og legeringer) - Særlige anvendelser

- Aluminiumlegeringer:

- Ekstremt let (høje krav til vægtreduktion).

- Lavhastigheds- og lavbelastningsgear i luftfart, racerløb og bærbart udstyr. - Det har lavere styrke og slidstyrke end stål og bruges almindeligvis som små gear til hjælpedele i klemmer og beslag.

- Kobberlegeringer (såsom højstyrkebronze):

- Fremragende korrosionsbestandighed (i havvandsmiljøer).

- God slidstyrke og lav friktionskoefficient (anti-seizing).

- Anvendes i specifikke instrumenter, undervandsudstyr og situationer, der kræver kemisk korrosionsbestandighed (som små gear eller monteringsmaterialer til store gear, såsom snekkehjul).

- For eksempel kan berylliumbronze med høj styrke (C17200, legering 25) opnå en styrke tæt på stål efter ældning og hærdning.

- Rustfrit stål (såsom udfældningshærdet rustfrit stål):

- Ekstremt høje krav til korrosionsbestandighed (kemisk industri, medicinsk udstyr, fødevareindustri).

- For eksempel kan 17-4PH (AISI 630, 06Cr17Ni4Cu4Nb) opnå høj styrke (ca. HRC40-45) og god korrosionsbestandighed gennem varmebehandling.

- Anvendes i instrumentgear eller små transmissionsdele, der opererer i korrosive miljøer.

 

China Vigor har mere end 20 års erfaring og et stærkt teknisk team samt produktionskapacitet inden for smedning. Hvis du har spørgsmål, ønsker, relaterede deleudviklingsprojekter eller forbedring af din forsyningskæde, er du velkommen til at kontakte os. info@castings-forging.com