Материал для изготовления зубчатых колес

Материал для изготовления зубчатых колес выбирают в зависи­мости от назначения и условий эксплуатации колес, передавае­мых ими нагрузок, скоростей вращения и т. п. При выборе марки стали необходимо учитывать следующие требования; низкую стоимость материала, хорошую обрабатываемость резанием, мини­мальнее коробление при закалке и три основных эксплуатацион­ных показатели - высокую прочность, долговечность работы и повышенную стойкость к износу.

Разрушение зубчатых колес рассматривается как явление поверхностной усталости. Сопротивление усталости зубьев в зна­чительной мере зависит от геометрии зубьев, марки стали, тер­мической обработки, шероховатости поверхности. Изнашивание обычно имеет место, когда поверхность на зубьях обработана грубо, а скорости и нагрузка высокие. Задир может возникнуть у передач, несущих большие нагрузки или работающих на высо­ких скоростях в условиях ограниченной масляной пленки.

Для производства зубчатых колес наиболее широко применяют следующие стали: углеродистые - 40, 45, 50; углеродистые по­ниженной прокаливаемости - 55ПП; хромистые - 20X, 35Х, 40Х, 50Х; хромоникелевые - 12ХН3А, 12Х2Н4А, 20ХН, 40ХН; хромомарганцовые - 18ХГ, 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ; хромомо­либденовые - 20ХМ, хромоалюминиевые с молибденом - 38ХМЮА, 38Х2МЮА, хромоникельмолибденовые - 18Х2Н4МА, хромоникельмолибденовые с титаном - 25ХГНМТ.

Углеродистые стали не нашли широкого применения для из­готовления зубчатых колес вследствие большого коробления в процессе термообработки и сравнительно низкой прочности.

Для повышения прочности и износостойкости в стали добав­ляют один или несколько легирующих элементов. Хром является одним из наиболее универсальных и широкоприменяемых леги­рующих элементов. Хром усиливает действие углерода, повы­шает твердость, стойкость к износу, расширяет предел упругости, увеличивает прочность на разрыв и прокаливаемость. Никель увеличивает ударную прочность, предел упругости и прочность стали на разрыв. Прочная и вязкая поверхность никелевых сталей обеспечивает высокую стойкость к усталости и износу. Никеле­вые стали хорошо подвергаются цементации, никель уменьшает деформацию и обеспечивает хорошие свойства сердцевины. Мо­либден увеличивает прокаливаемость сталей и оказывает значи­тельное влияние на уменьшение твердости сталей при температу­рах отпуска. Титан размельчает зерно - обрабатываемость ухуд­шается.

Легированные стали с содержанием хрома, никеля, молибдена, марганца применяют для изготовления высоконагруженных зуб­чатых колес. Наилучшие свойства в готовом зубчатом колесе получаются после цементации. Содержание углерода в цементуе­мых сталях обычно колеблется от 0,15 до 0,25 %. Стали с низким содержанием углерода дают максимальную вязкость зубьев, а с высоким содержанием углерода - максимальную прочность сердцевины. После термической обработки зубчатые колеса из этих сталей имеют твердую поверхность, хорошо сопротивля­ющуюся износу, хорошую внутреннюю структуру, высокую ударную вязкость и высокие показатели по сопротивлению уста­лости металла. Глубина цементованного слоя зубчатых колес со­ставляет 1-2 мм. Зубчатые колеса самолетов с тонкими попереч­ными сечениями изготовляют из азотируемой стали 38ХМЮА. Эта сталь имеет незначительное коробление во время термической обработки, но плохо обрабатывается и не обеспечивает низкой шероховатости поверхности на профилях зубьев. В автомобиль­ной промышленности азотируемая сталь 38ХМЮА вследствие малой деформации при термообработке широко используется для изготовления измерительных (эталонных) конических колес с пря­мыми зубьями.