Трехуровневая материальная структура для косозубых передач
Все стальные материалы, использованные для косозубые шестерни Попадают в один из трех уровней производительности, определяемых достижимой твердостью поверхности боковой поверхности зуба и необходимой для ее достижения термообработкой. Выбор уровня определяет все остальные параметры материала — это первое решение, которое принимается до указания конкретного сорта, глубины термообработки или класса точности:
Зубчатое колесо нарезается после термообработки (термообработки или нормализации). Конечная твердость поверхности ограничена HB 350. После нарезки не требуется упрочнение, искажающее профиль. Класс DIN 7–9, нарезание зубофрезерным методом. Самая низкая стоимость и кратчайшие сроки выполнения заказа. Примеры: 45#, 40Cr, 35CrMo. Области применения: редукторы общего назначения, краны, конвейеры, приводы насосов средней мощности со скоростью ниже 15 м/с.
Поверхность, закаленная индукционным методом, с сердцевиной из закаленного алюминия. Последующая шлифовка восстанавливает точность. Долговечность при контактной усталости значительно выше, чем у стали первого класса. Примеры: сталь 42CrMo с индукционной твердостью HRC 50–55. Области применения: шестерни черновых прокатных станов, приводы дробилок, приводы горнодобывающей промышленности средней грузоподъемности, где необходимо сбалансировать ударопрочность с твердостью поверхности.
Цементация (или газовое азотирование) с шлифовкой зубьев по стандарту DIN Class 4–6. Максимальная прочность на контактную усталость и срок службы. Примеры: 20CrMnTi, 20CrNiMo, 17CrNiMo6. Области применения: автомобильная промышленность, электромобили, станки с ЧПУ, судостроение, аэрокосмическая промышленность, высокоцикловая промышленность — любые области применения, где критически важны усталостная прочность, уровень шума и диапазон скоростей.
Полный справочник по сортам материалов
Твердый зубец с боковой поверхности, науглероженный косозубая передача — Сочетание твердости поверхности HRC 58–62, контролируемой глубины закалки и прочного сердечника QT достигается с помощью сплава 20CrMnTi (стандартный сорт) или 17CrNiMo6 (премиальный сорт для морского и шельфового применения).
| Оценка | Эквивалент DIN | Метод HT | Твердость поверхности | σ_H lim (МПа) | Шарпи при −20°C | Относительная стоимость | Основное приложение |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 45# | C45 / Ck45 | QT (HB 220–280) | HB 220–280 | 490–560 | 20–30 Дж | 1,0× (исходный уровень) | Промышленное оборудование Soft Flank: краны, конвейеры, приводы низкоскоростных насосов. |
| 40Cr | 41Cr4 | QT (HB 260–320) | HB 260–320 | 530–600 | 25–35 Дж | 1.1× | Улучшенная мягкая боковая поверхность: умеренно промышленные приводы с валовым креплением. |
| 42CrMo | 42CrMo4 | QT (HB 280–320) или индукция HRC 50–55 | HB 280–320 или HRC 50–55 | 590–680 (QT); 820–950 (индукция) | 35–50 Дж (интервал QT); 25–40 Дж (индукция) | 1,2–1,5× | Прокатные станы, шестерни дробилок, шахтные подъемники, морские лебедки |
| 20CrMnTi | 20MnCr5 (приблизительно) | Цементация + Q + T; твердость по Роквеллу 58–62 | Твердость по Роквеллу 58–62; глубина закалки 0,8–1,5 мм. | 1500–1650 | 30–50 Дж (ядро) | 1,8–2,2× | Стандартные автомобильные редукторы, редукторы для электромобилей, станки с ЧПУ, промышленные прецизионные редукторы. |
| 20CrNiMo | 21NiCrMo2 | Цементация + Q + T; твердость по Роквеллу 58–62 | Твердость по Роквеллу 58–62; глубина закалки 0,8–1,8 мм. | 1500–1700 | 40–60 Дж (ядро) | 2,2–2,6× | Высокоцикличная промышленность, тяжелое автомобилестроение, где требуется более высокая прочность сердцевины, чем у сплава 20CrMnTi. |
| 17CrNiMo6 | 17CrNiMo6 (DIN тот же) | Цементация + Q + T; твердость по Роквеллу 58–62 | Твердость по Роквеллу 58–62; глубина закалки 1,0–2,5 мм. | 1600–1800 | 55–80 Дж при −40 °C | 2,8–3,5× | Морские (сертифицированы DNV), шельфовые, арктические, военно-морские, шахтные подъемники, требующие обработки по методу Шарпи при температуре −40°C. |
| 38CrMoAl | 41CrAlMo7 | Газовое азотирование; твердость по Виккерсу 700+ (твердость по Роквеллу 62+) | Твердость по Виккерсу 700–900; глубина закалки 0,1–0,5 мм | 1200–1450 | 25–35 Дж | 2,5–3,0× | Редукторы для станков, требующие стабильности размеров после закалки. |
| SS316L | 1.4404 | Термообработка в растворе + опциональное газовое азотирование | HB 160–200 (отожженный); HV 800+ (азотированный) | 520–650 | Отличный | 3,5–5,0× | Насосы для пищевой промышленности (зона прямого контакта), фармацевтические насосы, вспомогательные насосы для морского транспорта. |
Когда следует переходить с 20CrMnTi на 17CrNiMo6?
Как 20CrMnTi, так и 17CrNiMo6 подвергаются цементации до твердости по Роквеллу 58–62 и обеспечивают аналогичную прочность на контактную усталость (σ_H lim). Решение о переходе на 17CrNiMo6 — при стоимости материала в 1,5–2 раза выше — оправдано тремя конкретными требованиями, которым 20CrMnTi не может надежно соответствовать:
- Требования к показателю Шарпи при отрицательных температурах: Сталь 17CrNiMo6 обеспечивает ударную вязкость по Шарпи 55–80 Дж при −40°C, что соответствует требованиям сертификации ледового класса DNV GL, Lloyd's Register и общества классификационных судов KR. Сталь 20CrMnTi обычно обеспечивает ударную вязкость всего 20–40 Дж при −40°C — ниже сертификационного предела в 27 Дж для судов, работающих в Арктике и полярных регионах. При необходимости использования стали 17CrNiMo6, ударная вязкость по Шарпи при −40°C является обязательной.
- Очень большой размер сечения: Сплав 20CrMnTi обладает ограниченной закаливаемостью — в сечениях диаметром более 80–100 мм центральная часть не полностью превращается в мартенсит при закалке, что снижает твердость сердцевины и ударную вязкость. Более высокое содержание никеля и хрома в сплаве 17CrNiMo6 обеспечивает достаточную закаливаемость в сечениях диаметром до 400–500 мм. Для крупномодульных изделий косозубая передача Для заготовок (M20+, внешний диаметр 400+ мм), где критически важны свойства сердечника, требуется сталь 17CrNiMo6.
- Высокие ударные нагрузки при низких температурах: Шахтный подъемник косозубые шестерни Для шестерен морских кранов, работающих в холодном климате, необходимы как высокая твердость поверхности (для обеспечения усталостной прочности при контакте), так и прочные сердечники при низких температурах (для амортизации ударов). Такое сочетание достижимо только с использованием стали 17CrNiMo6 — именно уникальное сочетание этих требований делает ее премиальным сплавом для морского и шельфового применения.
Матрица выбора марок материалов в зависимости от области применения
Мягкий зуб боковой косозубая передача — 45# или 40Cr QT, класс DIN 7–8, прецизионное зубофрезерование. Правильный выбор материала для большинства редукторов общего назначения, работающих при скорости вращения по делительной окружности ниже 15 м/с, где ресурс усталости с коэффициентом H1 соответствует проектным требованиям.
| Приложение | Рекомендуемая оценка | Вариант HT | Класс DIN | Обоснование |
|---|---|---|---|---|
| Общая промышленная скорость (кран, конвейер, насос) <15 м/с | 45# или 40Cr | QT HB 220–320 | 7–9 | Оптимизирован по стоимости; обеспечивает достаточный ресурс при умеренных нагрузках и скорости. |
| Промышленный редуктор >15 м/с, требуется высокая точность. | 20CrMnTi | Цементация + шлифовка | 5–6 | Для обеспечения звукоизоляции и использования эластогидродинамической пленки на высоких скоростях необходима поверхность грунта. |
| Автомобильная трансмиссия / редуктор для электромобилей | 20CrMnTi | Цементация + шлифовка по стандарту DIN 4–5 | 4–6 | Максимальная усталостная долговечность + уровень шума и вибрации при скорости по тангажу 35–100 м/с |
| Дробилка, прокатный стан, черновой прокатный стан | 42CrMo | Индукционная HRC 50–55 | 7–8 | Ударопрочность активной зоны QT; прочность границы раздела фаз и активной зоны. |
| Морские главные силовые установки / морские суда | 17CrNiMo6 | Цементация + шлифовка | 5–7 | Сертификация по методу Шарпи при температуре −40°C; закаливаемость крупных сечений. |
| Шахтный подъемник, арктическая служба | 17CrNiMo6 | Цементация + шлифовка | 5–7 | 27 Дж при −40°C (нормативное требование); комбинированный удар + холод |
| Редуктор станка (стабильность размеров) | 38CrMoAl | Газовый нитрид | 6–7 | Минимальные деформации, вызванные азотированием, сохраняют точность, достигнутую до азотирования. |
| зона прямого контакта в процессе обработки пищевых продуктов | SS316L | Отожженный или азотированный | 7–9 | Соответствие требованиям EU 1935/2004, FDA 21 CFR; коррозионная стойкость CIP. |
Международные эквиваленты качества
Компания Korea Ever-Power закупает материалы с заводскими сертификатами, подтверждающими соответствие указанному сорту. Для клиентов, указывающих... косозубые шестерни Используя марки стали по стандартам DIN, ASTM или JIS, приблизительными эквивалентами наиболее распространенных корейских марок стали являются:
| Корейский / Обычный сорт | DIN (Германия) | ASTM / SAE (США) | JIS (Япония) | BS (Великобритания) |
|---|---|---|---|---|
| 45# | C45 / Ck45 | AISI 1045 | S45C | 080M46 |
| 40Cr | 41Cr4 | AISI 5140 | Скр440 | 530A40 |
| 42CrMo | 42CrMo4 | AISI 4140 | SCM440 | 708М40 |
| 20CrMnTi | 20MnCr5 (приблизительно) | SAE 8620 (приблизительно) | — | — |
| 17CrNiMo6 | 17CrNiMo6 | SAE 9310 (приблизительно) | SNCM815 (приблизительно) | — |
| 38CrMoAl | 41CrAlMo7 | AISI 7140 (нитраллой) | SACM645 | 905М39 |
| SS316L | 1.4404 (X2CrNiMo17-12-2) | AISI 316L | СНС316Л | 316S11 |
Korea Ever-Power — полный ассортимент материалов собственного производства.
Собственное производство компании Korea Ever-Power охватывает все марки материалов, описанные в данном руководстве, — от промышленных шестерен из стали 45# с мягкой боковой поверхностью зубьев до цементированных морских шестерен из стали 17CrNiMo6 — с проверкой материалов методом OES-спектрометрии на входе и полным сертификатом качества материалов, включенным в каждый заказ.
Корейская компания Ever-Power производит... косозубые шестерни Для всех марок материалов, описанных в данном руководстве, материал проверяется спектрометром OES на входе, а сертификат производителя предоставляется с каждым заказом. Все марки от 45# до 17CrNiMo6 доступны в качестве стандартных материалов; SS316L и SS304 — для применения в контакте с пищевыми продуктами; 38CrMoAl — для азотированных зубчатых передач станков. В качестве прямого поставщика производитель косозубых передачКомпания Korea Ever-Power предоставляет инженерные консультации, необходимые для выбора правильного марки стали для конкретного применения, подтверждая, что выбранный материал обеспечивает достаточный предел σ_H для расчетного контактного напряжения, соответствующие значения Шарпи для рабочей температуры и совместимую термообработку с требуемым классом точности DIN. Ознакомьтесь с полным списком. Ассортимент продукции с косозубыми шестернями или свяжитесь с инженерной группой для получения рекомендаций по выбору материалов.
Часто задаваемые вопросы
Сталь 20CrMnTi была разработана в Корее и Японии специально для зубчатой и подшипниковой промышленности как надежная и экономически эффективная цементируемая сталь. Ее хорошо изученное и контролируемое цементирующее поведение (стабильное поглощение углерода, предсказуемая глубина закалки, минимальная деформация по сравнению с некоторыми высоколегированными марками) облегчает стабильное производство в разных печах — что критически важно для требований контроля качества и статистического контроля в автомобильной промышленности (PPAP SPC). Сталь 20CrNiMo имеет немного лучшую ударную вязкость и предпочтительна при более высоких требованиях к ударным нагрузкам, но стоит примерно на 15–251 тонну дороже, чем 20CrMnTi, и имеет несколько более изменчивое цементирующее поведение. Подходит для стандартной автомобильной и промышленной промышленности. косозубая передача Благодаря своей доступности, более низкой стоимости и более предсказуемой технологии обработки, сплав 20CrMnTi является предпочтительным выбором.
Газовое азотирование при температуре 490–530 °C — это низкотемпературный процесс по сравнению с цементацией (880–940 °C). Более низкая температура означает, что деформация размеров шестерни во время азотирования обычно составляет всего 0,01–0,03 мм — намного меньше, чем деформация в 0,05–0,15 мм при цементации и закалке. косозубая передача Зубья, обработанные прецизионным зубофрезерованием до класса DIN 6 перед азотированием, обычно сохраняют класс DIN 6–7 и после азотирования без дополнительной шлифовки. Эта стабильность размеров является особым преимуществом, благодаря которому 38CrMoAl является предпочтительным материалом для редукторов станков с ЧПУ, где шестерня обрабатывается прецизионно в собранном виде, который нельзя легко разобрать для шлифовки после закалки. Компромисс заключается в меньшей глубине закалки (максимум 0,1–0,5 мм против 0,8–2,5 мм при цементации) и несколько более низкой прочности на контактную усталость по сравнению с цементированными марками.
σ_H lim — это допустимое контактное напряжение (давление Герца) на боковой поверхности зуба при пульсирующем цикле нагрузки в процессе зацепления зубчатых передач, выраженное в МПа согласно ISO 6336-5. Оно представляет собой прочность материала на контактную усталость в упрочненном поверхностном состоянии, а не его предел прочности на растяжение или предел текучести. Резкий разброс значений от 490 МПа (45# QT) до 1800 МПа (17CrNiMo6 с цементацией) отражает огромную разницу в твердости поверхности: предел контактного напряжения Герца приблизительно пропорционален твердости поверхности в степени 1,5–2. Удвоение твердости поверхности с HB 280 до HRC 60 увеличивает σ_H lim примерно в 3 раза. Именно поэтому инвестиции в цементацию и шлифовку для косозубая передача Это напрямую приводит к увеличению допустимого контактного напряжения в 3 раза — то есть к уменьшению размера шестерни в 3 раза при той же грузоподъемности или к увеличению срока службы в 3 раза при том же размере шестерни.
Да, при условии, что SS316L — это материал первого уровня (с мягкой боковой поверхностью зуба) — его предельная прочность на изгиб σ_H составляет 520–650 МПа, что аналогично показателю 45# QT. SS316L косозубая передача Хорошо выдерживает умеренные нагрузки, но не может сравниться с прочностью на контактную усталость цементированной легированной стали. Газовое азотирование SS316L повышает твердость поверхности до HV 800–1000 и улучшает предел σ_H до приблизительно 1000–1200 МПа, приближаясь к характеристикам индукционно закаленной стали 42CrMo при сохранении полной коррозионной стойкости. Подходит для применения в пищевой промышленности, требующей умеренной или высокой несущей способности в коррозионностойком исполнении. косозубая передачаГазовое азотирование нержавеющей стали SS316L — это правильная спецификация. Компания Korea Ever-Power предлагает газоазотированную нержавеющую сталь SS316L. косозубые шестерни В исполнении M2–M12 для приводов в пищевой и фармацевтической промышленности, где одновременно требуется как грузоподъемность, так и соответствие требованиям безопасности при контакте с пищевыми продуктами.
Вам необходимо подтверждение класса материала для вашей винтовой шестерни?
Инженерная команда Korea Ever-Power анализирует тип вашего применения, рабочую температуру, уровень ударной нагрузки и любые требования к сертификации, а затем подтверждает правильный выбор марки материала с обоснованием, прежде чем будут определены производственные затраты. Отправьте запрос с описанием применения.
45# – 17CrNiMo6 · SS316L · 38CrMoAl азотированный · Проверка OES · Стандарт сертификации материалов
Редактор: Cxm
