Třívrstvý materiálový rámec pro šikmá ozubená kola
Všechny ocelové materiály používané pro šikmá ozubená kola spadají do jedné ze tří výkonnostních úrovní, určených dosažitelnou tvrdostí povrchu boku zubu a tepelným zpracováním potřebným k jejímu dosažení. Výběr úrovně ovlivňuje všechny ostatní volby materiálu – je to první rozhodnutí před specifikací konkrétního jakosti, hloubky tepelného zpracování nebo třídy přesnosti:
Ozubené kolo se řeže po tepelném zpracování (QT nebo normalizace). Konečná tvrdost povrchu omezena na HB 350. Žádné dodatečné kalení, které by deformovalo profil. Třída DIN 7–9 odvalováním. Nejnižší náklady a nejkratší dodací lhůta. Příklady: 45#, 40Cr, 35CrMo. Použití: všeobecné průmyslové převodovky, jeřáby, dopravníky, pohony čerpadel se středním zatížením při rychlosti pod 15 m/s.
Indukčně kalený povrch s jádrem QT. Broušení po kalení obnovuje přesnost. Životnost při kontaktní únavě výrazně vyšší než u Tier 1. Příklady: 42CrMo indukční HRC 50–55. Použití: pastorky hrubovacích stolic válcovacích stolic, pohony drtičů, středně těžní pohony, kde musí být odolnost proti rázům vyvážena tvrdostí povrchu.
Cementace (nebo nitridace plynem) s broušením zubů dle DIN třídy 4–6. Maximální kontaktní únavová pevnost a životnost. Příklady: 20CrMnTi, 20CrNiMo, 17CrNiMo6. Použití: automobilový průmysl, elektromobily, CNC, námořní průmysl, letecký průmysl, vysokocyklový průmysl – jakékoli aplikace, kde je kritická únavová životnost, hluk a rozsah otáček.
Kompletní referenční příručka k materiálovým třídám
Tvrdý bok zubu cementovaný spirálové ozubené kolo — kombinace povrchové tvrdosti HRC 58–62, kontrolované hloubky pouzdra a houževnatého jádra QT je dosažitelná s ocelí 20CrMnTi (standardní jakost) nebo 17CrNiMo6 (prémiová jakost pro námořní a offshore použití)
| Stupeň | Ekvivalent DIN | Metoda HT | Tvrdost povrchu | σ_H limit (MPa) | Charpyho při −20 °C | Relativní náklady | Primární aplikace |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 45# | C45 / Ck45 | QT (HB 220–280) | HB 220–280 | 490–560 | 20–30 J | 1,0× (výchozí hodnota) | Průmyslové konstrukce s měkkými boky: jeřáby, dopravníky, nízkorychlostní pohony čerpadel |
| 40Cr | 41Cr4 | QT (HB 260–320) | HB 260–320 | 530–600 | 25–35 J | 1,1× | Vylepšený měkký bok: středně průmyslové pohony namontované na hřídeli |
| 42CrMo | 42CrMo4 | QT (HB 280–320) nebo indukční HRC 50–55 | HB 280–320 nebo HRC 50–55 | 590–680 (QT); 820–950 (indukční) | 35–50 J (QT); 25–40 J (indukce) | 1,2–1,5× | Válcovací stolice, pastorky drtičů, důlní kladkostroje, navijáky pro těžbu na moři |
| 20CrMnTi | 20MnCr5 (přibližně) | Cementace + Q + T; HRC 58–62 | HRC 58–62; hloubka pouzdra 0,8–1,5 mm | 1500–1650 | 30–50 J (jádro) | 1,8–2,2× | Standardní automobilový průmysl, reduktory pro elektromobily, CNC obráběcí stroje, průmyslové přesné převodovky |
| 20CrNiMo | 21NiCrMo2 | Cementace + Q + T; HRC 58–62 | HRC 58–62; hloubka pouzdra 0,8–1,8 mm | 1500–1700 | 40–60 J (jádro) | 2,2–2,6× | Vysokocyklový průmysl, těžký automobilový průmysl, kde je potřeba lepší houževnatost jádra než 20CrMnTi |
| 17CrNiMo6 | 17CrNiMo6 (stejné dle DIN) | Cementace + Q + T; HRC 58–62 | HRC 58–62; hloubka pouzdra 1,0–2,5 mm | 1600–1800 | 55–80 J při −40 °C | 2,8–3,5× | Námořní (s certifikací DNV), pobřežní, arktické služby, námořní, důlní zvedáky vyžadující teplotu −40 °C Charpy |
| 38CrMoAl | 41CrAlMo7 | Plynová nitridace; HV 700+ (HRC 62+) | HV 700–900; hloubka pouzdra 0,1–0,5 mm | 1200–1450 | 25–35 J | 2,5–3,0× | Převodovky obráběcích strojů vyžadující rozměrovou stabilitu po kalení |
| SS316L | 1.4404 | Žíhání v roztoku + volitelně nitridace v plynu | HB 160–200 (žíhané); HV 800+ (nitridované) | 520–650 | Vynikající | 3,5–5,0× | Zóna přímého kontaktu s potravinářským průmyslem, farmaceutický průmysl, pomocná čerpadla pro lodní průmysl |
Kdy upgradovat z 20CrMnTi na 17CrNiMo6
Jak 20CrMnTi, tak 17CrNiMo6 jsou cementovány na HRC 58–62 a dosahují podobné kontaktní únavové pevnosti (σ_H lim). Rozhodnutí o přechodu na 17CrNiMo6 – při 1,5–2násobku nákladů na materiál – je odůvodněno třemi specifickými požadavky, které 20CrMnTi nemůže spolehlivě splnit:
- Požadavek na Charpyho měření při teplotě pod bodem mrazu: 17CrNiMo6 dosahuje při −40 °C pevnosti v tahu 55–80 J podle Charpyho, což splňuje požadavky na certifikaci pro ledovou třídu společností DNV GL, Lloyd's Register a KR. 20CrMnTi obvykle dosahuje při −40 °C pouze 20–40 J – což je pod certifikačním limitem 27 J pro arktická a polární servisní plavidla. Pokud je specifikována při −40 °C, je 17CrNiMo6 povinný.
- Velmi velká velikost sekce: 20CrMnTi má omezenou prokalitelnost – v průřezech o průměru přibližně 80–100 mm se střed během kalení plně netransformuje na martenzit, což snižuje tvrdost jádra a rázovou houževnatost. Vyšší obsah niklu a chromu v 17CrNiMo6 poskytuje dostatečnou prokalitelnost v průřezech až do průměru 400–500 mm. Pro velkomodulové obrobky spirálové ozubené kolo Pro polotovary (M20+, vnější průměr 400+ mm), kde jsou vlastnosti jádra kritické, je nutná ocel 17CrNiMo6.
- Vysoké rázové zatížení při nízké teplotě: Důlní zvedák šikmá ozubená kola A pastorky jeřábů pro offshore provozované v chladném podnebí vyžadují jak vysokou povrchovou tvrdost (pro životnost při kontaktní únavě), tak i houževnatá jádra při nízkých teplotách (pro tlumení nárazů). Této kombinace je dosažitelná pouze s ocelí 17CrNiMo6 – právě jedinečné spojení těchto požadavků z ní dělá prémiovou třídu pro námořní a offshore použití.
Matice výběru jakosti materiálu podle aplikace
Měkký bok zubu spirálové ozubené kolo — 45# nebo 40Cr QT, DIN třída 7–8, vyrobeno přesným odvalováním. Správná volba materiálu pro většinu běžných průmyslových převodovek s rychlostí na ose stoupání pod 15 m/s, kde únavová životnost s provozním faktorem H1 splňuje konstrukční požadavky.
| Aplikace | Doporučená třída | Možnost HT | Třída DIN | Zarovnání |
|---|---|---|---|---|
| Všeobecný průmysl (jeřáb, dopravník, čerpadlo) <15 m/s | 45# nebo 40Cr | QT HB 220–320 | 7–9 | Optimalizované náklady; dostatečná únavová životnost při mírném zatížení a rychlosti |
| Průmyslová převodovka >15 m/s, nutná přesnost | 20CrMnTi | Nauhličování + broušení | 5–6 | Pro šum a EHL film při vysoké rychlosti je nutný povrch země |
| Automobilová převodovka / reduktor pro elektromobily | 20CrMnTi | Nauhličování a broušení DIN 4–5 | 4–6 | Maximální únavová životnost + NVH při rychlosti na ose stoupání 35–100 m/s |
| Drtič, hrubovací stolice válcovny | 42CrMo | Indukční HRC 50–55 | 7–8 | Odolnost proti nárazům z QT jádra; houževnatost na hranici mezi pouzdrem a jádrem |
| Hlavní lodní pohon / na moři | 17CrNiMo6 | Nauhličování + broušení | 5–7 | Charpyho certifikace −40 °C; prokalitelnost velkých průřezů |
| Důlní zvedák, arktická služba | 17CrNiMo6 | Nauhličování + broušení | 5–7 | 27 J při −40 °C, požadavek předpisů; kombinovaný šok + chlad |
| Převodovka obráběcího stroje (rozměrová stabilita) | 38CrMoAl | plynný nitrid | 6–7 | Minimální deformace z nitridace zachovává přesnost před nitridací |
| Zóna přímého kontaktu se zpracováním potravin | SS316L | Žíhané nebo nitridované | 7–9 | Shoda s normami EU 1935/2004, FDA 21 CFR; odolnost proti korozi CIP |
Mezinárodní ekvivalenty stupňů
Společnost Korea Ever-Power nakupuje materiál s certifikáty z mlýna potvrzujícími shodu se specifikovanou jakostí. Pro zákazníky specifikující šikmá ozubená kola Při použití jakostí z norem DIN, ASTM nebo JIS jsou přibližné ekvivalenty nejběžnějších korejských jakostí:
| Korejská / generická třída | DIN (Německo) | ASTM / SAE (USA) | JIS (Japonsko) | Bakalářský titul (Spojené království) |
|---|---|---|---|---|
| 45# | C45 / Ck45 | AISI 1045 | S45C | 080M46 |
| 40Cr | 41Cr4 | AISI 5140 | SCR440 | 530A40 |
| 42CrMo | 42CrMo4 | AISI 4140 | SCM440 | 708M40 |
| 20CrMnTi | 20MnCr5 (přibližně) | SAE 8620 (přibližně) | — | — |
| 17CrNiMo6 | 17CrNiMo6 | SAE 9310 (přibližně) | SNCM815 (přibližně) | — |
| 38CrMoAl | 41CrAlMo7 | AISI 7140 (nitralloy) | SACM645 | 905M39 |
| SS316L | 1.4404 (X2CrNiMo17-12-2) | AISI 316L | SUS316L | 316S11 |
Korea Ever-Power – kompletní sortiment materiálů ve vlastní firmě
Vlastní výroba společnosti Korea Ever-Power zahrnuje všechny druhy materiálů popsané v této příručce – od průmyslových ozubených kol s měkkými boky zubů 45# až po cementovaná lodní ozubená kola 17CrNiMo6 – s ověřováním materiálu pomocí OES spektrometru při vstupní kontrole a kompletní certifikací materiálu, která je součástí každé objednávky.
Výrobci společnosti Ever-Power v Koreji ozubená kola se šroubovicovým řezem napříč všemi jakostmi materiálů popsanými v této příručce, přičemž materiál je ověřen OES spektrometrem při vstupní kontrole a certifikát z válcovny je dodáván s každou objednávkou. Všechny jakosti od 45# do 17CrNiMo6 jsou k dispozici jako standardní materiály; SS316L a SS304 pro aplikace ve styku s potravinami; 38CrMoAl pro nitridovaná ozubená kola obráběcích strojů. Jako přímý výrobce šikmých ozubených kolSpolečnost Korea Ever-Power poskytuje inženýrské konzultace potřebné k výběru správné jakosti pro konkrétní aplikaci – potvrzuje, že vybraný materiál poskytuje dostatečné σ_H lim pro konstrukční kontaktní napětí, vhodné hodnoty Charpyho pro provozní teplotu a kompatibilní tepelné zpracování s požadovanou třídou přesnosti DIN. Prohlédněte si kompletní informace sortiment šikmých ozubených kol nebo se obraťte na technický tým s žádostí o doporučení materiálu.
Často kladené otázky
Ocel 20CrMnTi byla vyvinuta v Koreji a Japonsku speciálně pro průmysl ozubených kol a ložisek jako spolehlivá a cenově výhodná cementační ocel. Její dobře charakterizované a dobře kontrolované cementační chování (konzistentní příjem uhlíku, předvídatelná hloubka vrstvy, minimální deformace ve srovnání s některými vyššími jakostmi slitin) usnadňuje konzistentní výrobu napříč různými šaržemi pecí – což je zásadní pro požadavky na kontrolu PPAP SPC v automobilovém průmyslu. Ocel 20CrNiMo má o něco lepší houževnatost jádra a je upřednostňována při vyšších požadavcích na rázové zatížení, ale stojí přibližně o 15–25% více než 20CrMnTi a má o něco variabilnější cementační chování. Pro standardní automobilový a průmyslový průmysl... spirálové ozubené kolo Díky nižším nákladům a předvídatelnějšímu zpracování je 20CrMnTi výchozí volbou.
Plynová nitridace při 490–530 °C je nízkoteplotní proces ve srovnání s cementací (880–940 °C). Nižší teplota znamená, že rozměrová deformace ozubeného kola během nitridace je obvykle pouze 0,01–0,03 mm – mnohem menší než deformace 0,05–0,15 mm z cementace a kalení. A spirálové ozubené kolo Přesně obráběné odvalovacím frézováním podle třídy DIN 6 před nitridací si obvykle po nitridaci zachovává třídu DIN 6–7 bez dalšího broušení zubů. Tato rozměrová stabilita je specifickou výhodou, která dělá z 38CrMoAl preferovaný materiál pro převodovky CNC obráběcích strojů, kde je ozubené kolo přesně obrobeno v rámci kompletní sestavy, kterou nelze snadno rozebrat pro broušení po kalení. Nevýhodou je menší hloubka pouzdra (maximálně 0,1–0,5 mm oproti 0,8–2,5 mm pro cementaci) a poněkud nižší kontaktní únavová pevnost než u cementovaných jakostí.
σ_H lim je přípustné kontaktní napětí (Hertzův tlak) na boku zubu při pulzujícím zatěžovacím cyklu záběru ozubeného kola, vyjádřené v MPa dle normy ISO 6336-5. Představuje kontaktní únavovou pevnost materiálu v povrchově zpevněném stavu – nikoli jeho pevnost v tahu nebo mez kluzu. Dramatický rozsah od 490 MPa (45# QT) do 1800 MPa (17CrNiMo6 cementovaný) odráží obrovský rozdíl v tvrdosti povrchu: Hertzova mez kontaktního napětí se přibližně škáluje s tvrdostí povrchu na mocninu 1,5–2. Zdvojnásobení povrchové tvrdosti z HB 280 na HRC 60 zvyšuje σ_H lim přibližně 3krát. Proto je investice do cementace a broušení pro... spirálové ozubené kolo se přímo promítá do 3× zvýšení přípustného kontaktního napětí – což znamená 3× menší ozubené kolo při stejné nosnosti nebo 3× delší životnost při stejné velikosti ozubeného kola.
Ano, s vědomím, že SS316L je materiál Tier 1 (měkký bok zubu) – jeho σ_H limit 520–650 MPa je podobný materiálu 45# QT. SS316L spirálové ozubené kolo Dobře snáší mírné zatížení, ale nemůže se rovnat kontaktní únavové pevnosti cementované legované oceli. Plynová nitridace SS316L zvyšuje povrchovou tvrdost na HV 800–1000 a zlepšuje σ_H lim na přibližně 1000–1200 MPa – blíží se tak vlastnostem indukčně kalené oceli 42CrMo při zachování plné odolnosti proti korozi. Pro aplikace v potravinářském průmyslu vyžadující střední až vysokou únosnost v korozivzdorném materiálu. spirálové ozubené koloSprávnou specifikací je SS316L nitridovaná plynem. Společnost Korea Ever-Power nabízí SS316L nitridovanou plynem. šikmá ozubená kola v M2–M12 pro aplikace pohonů v potravinářském a farmaceutickém průmyslu, kde je současně vyžadována nosnost a shoda s požadavky pro kontakt s potravinami.
Potřebujete ověření jakosti materiálu pro vaše šikmé ozubené kolo?
Technický tým společnosti Korea Ever-Power posoudí typ vaší aplikace, provozní teplotu, úroveň rázového zatížení a veškeré certifikační požadavky – poté před stanovením výrobních nákladů potvrdí správný druh materiálu s odůvodněním. Odešlete poptávku s popisem aplikace.
45# až 17CrNiMo6 · SS316L · 38CrMoAl nitridované · Ověření OES · Certifikační norma materiálu
Střihač: Cxm
