5. Выбор термообработки и материала для конических зубчатых колёс

Для конических колёс основное применение получили следующие виды термообработки зубьев: термоулучшение, закалка с нагревом ТВЧ, цементация и нитроцементация.

Т.к. в условиях единичного и мелкосерийного производства конических зубчатых колёс обычно отсутствует оборудование, необходимое для проведения длительных и дорогостоящих зубоотделочных операций (зубошлифования, притирки и т.п.), то в этом случае широкое применение получило термоулучшение колёс. Термоулучшение колёс позволяет получить даже 7-ю степень точности передачи без применения зубоотделочных операций.

Термоулучшаемые конические колёса изготавливают из качественных углеродистых сталей марок 40, 45, 65Г и легированных сталей 40Х, 40ХН, 35ХМ и т.д.

Т.к. закалка с нагревом ТВЧ осуществляется на специальных станках и установках довольно значительной стоимости, то её целесообразно применять только при среднесерийном, крупносерийном и массовом производствах зубчатых колёс. Закаливаемые зубчатые колёса изготавливают из тех же сталей, что и термоулучшаемые колёса. Применение закалки зубьев с нагревом ТВЧ позволяет для передач, к которым не предъявляются особые требования к точности вращения и уровню шума (степень точности не выше 7-й по ГОСТ 1758-81), не прибегать к зубоотделочным операциям. Однако это понижает точность передачи на одну степень.

В связи с тем, что цементация зубьев -- это длительный дорогостоящий процесс, требующий ещё и проведения зубоотделочных операций, то её обычно применяют при серийном и выше масштабах производства колёс зубчатых передач в тех изделиях, где масса и габариты имеют решающее значение (транспорт, авиация и т.п.), в открытых передачах, работающих в условиях абразивного износа (дорожные машины, подъёмно-транспортное оборудование и т.п.). Для цементуемых зубчатых колёс обычно применяют, простые стали марок 15, 20 и безникелевые легированные стали марок 20Х, 18ХГТ, 25ХГТ, 15ХФ и т.п.

Учитывая, что нитроцементация (газовое цианирование) -- это тоже длительный дорогостоящий процесс, её целесообразно применять в условиях крупносерийного и массового производства тех изделий, для которых габариты и вес имеют существенное значение (например, редукторы подъёмно-транспортных машин). Искажение формы зубьев при нитроцементации существенно ниже, чем при цементации. В соответствии с этим, для колёс, имеющих точность не выше 7-й степени, можно не применять зубоотделочные операции. Нитроцементации подвергаются зубчатые колёса из среднеуглеродистых сталей, например, 20Х, 35Х, 40Х, 25ХГМ, 25ХГТ, 30ХГТ и т.п.

В таблице 5.1 приведены осреднённые значения механических характеристик и виды термообработки некоторых распространенных марок сталей.

Таблица 5.1

Механические характеристики некоторых марок сталей и виды их термообработки, используемые для изготовления зубчатых колёс и других деталей машин [1, табл. 2.3 и 2, табл. 2.2]

Марка стали	Размер сечения S, мм	Термообработка	Твёрдость		Механические характеристики
			Сердцевины HB (HRC)	Поверхности HRC	Предел прочности в, МПа	Предел текучести т, МПа
40	60	У	192…228	---	700	400
45	100	У	192…240	---	750	450
	60		241…285	---	850	580
40Х	60…100 60 60	У У З; НО	230…260 260…280 ---	--- --- 45…50	750 1000 1400	520 800 1200
35ХМ	100 50 40	У У З; НО	241 269 ---	--- --- 45…53	900 900 1600	800 800 1400
40ХН	100 100…300 40	У У З; НО	230…300 163…269 ---	--- --- 48…54	850 800 1600	600 580 1400
35ХГСА	60…150 40…60 30…40 30	У У У З; НО	235 270 310 ---	--- --- --- 46…53	760 980 1100 1700… 1950	500 880 960 1350… 1600
40ХН2МА	80	З; НО	---	52…58	1850	1600
20	50	Ц; З; НО	143…170	56…60	440	220
20Х	60	Ц; З; НО	197	56…63	650	400

Окончание табл. 5.1

18ХГТ	20 20…60	Ц; З; НО Ц; З; НО	240 240	56…63 56…63	1200 1000	950 800
25ХГТ	20…60	Ц; З; НО	(30…45)	58…63	1150	950
30ХГТ	60 60…100 100…150	Ц; З; НО Ц; З; НО Ц; З; НО	300 270 240	56…63 56…63 56…63	1100 900 850	800 750 700
12ХНЗА	40…60 40	Ц; З; НО Ц; З; НО	250 300	56…63 56…63	920 1000	700 800
20ХНЗА	100	Ц; З; НО	240	56…63	900	700
38ХМЮА	Любой	А	(30…35)	850…900 HV	1050	900

Принятые обозначения термообработки:

З-- закалка; НО—низкотемпературный отпуск; А-- азотирование; У-- улучшение; Ц- цементация