Selección de materiales de acero para engranajes: 5 tipos comparados | MachineMFG

Comparación de los 5 mejores materiales para engranajes

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A la hora de seleccionar el material del engranaje y su tratamiento térmico, se basa principalmente en las condiciones de trabajo, como el modo de transmisión, la propiedad y el tamaño de la carga, la velocidad de transmisión y los requisitos de precisión del engranaje.

Al mismo tiempo, también es necesario considerar la templabilidad del acero y los requisitos de templado de la superficie del diente, la adecuación del material y el valor de dureza del par de engranajes según el módulo del engranaje y el tamaño de la sección.

Los engranajes pueden fabricarse con diversos materiales, como hierro fundido, acero, materiales pulvimetalúrgicos, aleaciones no ferrosas (como aleaciones de cobre) y materiales no metálicos.

El acero es el material más utilizado para los engranajes y puede ser acero con bajo contenido en carbono, acero con contenido medio en carbono, acero con alto contenido en carbonoo acero aleado. Tratamiento térmico adecuado, como la normalización, recocidoEl temple y revenido, el carburizado, la nitruración o el temple superficial pueden mejorar el rendimiento y la capacidad de corte del material, así como la calidad de procesamiento y la vida útil de los engranajes.

A continuación se indican las características y las condiciones aplicables de diversos materiales de acero y métodos de tratamiento térmico para engranajes.

1. Acero templado y revenido

Calidades de acero: 45, 35SiMn, 42SiMn, 37SiMn2MoV, 40MnB, 45MnB, 40Cr, 45Cr, 35CrMo, 42CrMoetc.

Proceso 1: Templado o normalizado

(1) Templado y revenido Los engranajes de acero presentan una buena resistencia y tenacidad, normalmente con una dureza de 220-300 HBW.

(2) Si la dureza de un piñón templado no puede mejorarse debido a las limitaciones de la herramienta, puede utilizarse un engranaje grande normalizado para mantener la diferencia de dureza entre el engranaje grande y el pequeño. Sin embargo, los engranajes normalizados tienen menor resistencia que los engranajes templados.

(3) El corte fino puede utilizarse para eliminar la distorsión causada por el tratamiento térmico y mantener la precisión del engranaje.

(4) Las ruedas dentadas normalizadas no requieren un tratamiento térmico especial ni equipos de acabado de la superficie de los dientes, por lo que su fabricación es relativamente económica.

(5) Los engranajes normalizados tienen una menor dureza de la superficie del diente, lo que puede limitar su capacidad portante.

Condiciones aplicables: Los engranajes normalizados se utilizan ampliamente para aplicaciones generales de media y baja velocidad con bajos requisitos de resistencia y precisión, así como para engranajes grandes que son difíciles de tratar térmicamente y acabar.

Proceso 2: Enfriamiento superficial (Enfriamiento por inducción, Enfriamiento por llama)

(1) Los engranajes templados superficialmente tienen una elevada dureza de la superficie del diente, resistencia a las picaduras y resistencia al desgaste. La superficie templada produce tensión residualmejorando en gran medida la resistencia de la raíz del diente. El rango general de dureza de la superficie del diente es de 45-55 HRC para acero aleado y 40-50 HRC para el acero al carbono.

(2) Puede realizarse un tratamiento de temple y revenido antes del temple superficial para mejorar aún más la resistencia del núcleo.

(3) El tiempo de endurecimiento por inducción es corto.

(4) La profundidad y la dureza de la capa de cementación pueden variar a lo largo de la superficie del diente.

(5) El calentamiento y enfriamiento rápidos pueden provocar grietas.

Condiciones de aplicación: Los engranajes de superficie templada se utilizan ampliamente para aplicaciones de alta carga y pequeño volumen.

2. Acero de cementación

Calidades de acero: 20Cr, 20CrMnTi, 20CrMnMo, 20CrMo22CrMo, 20CrNiMo, 18Cr2Ni4W, 20Cr2Ni4A, etc.

Proceso: Cementación y temple

(1) Los engranajes carburizados y templados tienen una elevada dureza de la superficie del diente, resistencia a las picaduras y resistencia al desgaste. La superficie endurecida produce tensiones residuales, mejorando en gran medida la resistencia de la raíz del diente. El rango general de dureza de la superficie del diente es de 56-63 HRC.

(2) Los engranajes carburizados presentan un buen rendimiento de corte.

(3) La carburación y el temple provocan importantes distorsiones en el tratamiento térmico, por lo que es necesario rectificar después del tratamiento térmico para conseguir una gran precisión. Esto aumenta el tiempo y el coste de procesamiento.

Condiciones de aplicación: Los engranajes carburizados y templados se utilizan ampliamente para engranajes medianos y pequeños con alta capacidad de carga, resistencia al impacto, precisión y pequeño volumen.

3. Acero nitrurado

Calidades de acero: 38CrMoAlA, 30CrMoSiA, 25Cr2MoV, etc.

Proceso: nitruración tratamiento

(1) Los engranajes nitrurados tienen una dureza superficial del diente, una resistencia a la corrosión por picaduras y una resistencia al desgaste muy elevadas. El núcleo tiene una buena tenacidad. El acero de carbono medio suele templarse y revenirse primero para mejorar la resistencia del núcleo.

(2) Debido a las bajas temperaturas de calentamiento, la distorsión del tratamiento térmico es mínima, y los dientes no requieren rectificado después del tratamiento de nitruración.

(3) La capa endurecida es fina, lo que hace que el engranaje sea menos adecuado para cargas de impacto y con menor capacidad portante que los engranajes carburizados y templados.

(4) El tratamiento de nitruración lleva más tiempo y es más caro que otros tratamientos térmicos.

Condiciones de aplicación: Los engranajes nitrurados son adecuados para aplicaciones de cargas grandes y estables y para situaciones en las que no se dispone de equipos de acabado de la superficie de los dientes, pero se requieren superficies de dientes duras.

4. Acero fundido

Calidades de acero: ZG310-570, ZG340-640, ZG42SiMn, ZG50SiMn, ZG40Cr1, ZG35CrMnSi, etc.

(1) Este proceso es adecuado para fabricar engranajes grandes con formas complejas.

(2) La resistencia de los engranajes fabricados con este proceso es inferior a acero templado y revenido del mismo grado y tratamiento térmico.

(3) Este proceso puede dar lugar a defectos de fundición.

Condiciones aplicables: Este proceso es adecuado para engranajes grandes que no pueden forjarse.

5. 5. Hierro fundido

Grado de acero: varios hierro fundido grisfundición dúctil, fundición maleable, etc.

(1) El hierro fundido tiene un bajo coste de material.

(2) Los engranajes de fundición presentan una buena resistencia al desgaste.

(3) Este proceso es adecuado para fabricar engranajes grandes con formas complejas.

(4) El hierro fundido cuenta con buenas tecnologías de fundición y corte.

(5) Los engranajes de fundición tienen una capacidad de carga inferior a la de otros materiales.

Condiciones de aplicación: La fundición gris y la fundición maleable son adecuadas para engranajes de baja velocidad, carga ligera y sin impacto. La fundición dúctil puede utilizarse para engranajes con grandes cargas e impactos.

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