Ao selecionar o material da engrenagem e seu tratamento térmico, ele se baseia principalmente nas condições de trabalho, como modo de transmissão, propriedade e tamanho da carga, velocidade de transmissão e requisitos de precisão da engrenagem.
Ao mesmo tempo, também é necessário considerar a temperabilidade do aço e os requisitos de endurecimento da superfície do dente, a correspondência do material e o valor de dureza do par de engrenagens de acordo com o módulo da engrenagem e o tamanho da seção.
As engrenagens podem ser feitas de vários materiais, incluindo ferro fundido, aço, materiais de metalurgia do pó, ligas não ferrosas (como ligas de cobre) e materiais não metálicos.
O aço é o material mais comumente usado para engrenagens e pode ser aço de baixo carbono, aço de médio carbono, aço de alto carbono ou aço-liga. O tratamento térmico adequado, como normalização, recozimento, têmpera e revenido, cementação, nitretação ou têmpera superficial, pode melhorar o desempenho do material e a capacidade de corte, bem como a qualidade de processamento e a vida útil das engrenagens.
Abaixo estão as características e condições aplicáveis de vários materiais de aço e métodos de tratamento térmico para engrenagens.
1. Aço temperado e revenido
Classes de aço: 45, 35SiMn, 42SiMn, 37SiMn2MoV, 40MnB, 45MnB, 40Cr, 45Cr, 35CrMo, 42CrMo, etc.
Processo 1: Temperamento ou Normalização
(1) Engrenagens de aço temperado e revenido apresentam boa resistência e tenacidade, normalmente com uma faixa de dureza de 220-300 HBW.
(2) Se a dureza de um pinhão temperado não puder ser melhorada devido a limitações da ferramenta, uma engrenagem grande normalizada poderá ser usada para manter a diferença de dureza entre as engrenagens grandes e pequenas. No entanto, as engrenagens normalizadas têm menor resistência do que as engrenagens temperadas.
(3) O corte fino pode ser usado para eliminar a distorção causada pelo tratamento térmico e manter a precisão da engrenagem.
(4) As engrenagens normalizadas não requerem tratamento térmico especial ou equipamento de acabamento da superfície do dente, o que as torna relativamente baratas de fabricar.
(5) As engrenagens normalizadas apresentam menor dureza da superfície do dente, o que pode limitar sua capacidade de carga.
Condições aplicáveis: As engrenagens normalizadas são amplamente utilizadas para aplicações gerais de média e baixa velocidade com baixos requisitos de resistência e precisão, bem como para engrenagens grandes que são difíceis de tratamento térmico e acabamento.
Processo 2: Têmpera de Superfície (Têmpera por Indução, Têmpera por Chama)
(1) As engrenagens temperadas com superfície têm alta dureza da superfície do dente, resistência à corrosão e resistência ao desgaste. A superfície endurecida produz tensão residual, melhorando significativamente a resistência da raiz do dente. A faixa geral de dureza da superfície do dente é de 45-55 HRC para ligas de aço e 40-50 HRC para aço carbono.
(2) O tratamento de têmpera e revenido pode ser realizado antes da têmpera superficial para melhorar ainda mais a resistência do núcleo.
(3) O tempo de endurecimento por indução é curto.
(4) A profundidade e a dureza da camada de endurecimento podem variar ao longo da superfície do dente.
(5) Aquecimento e resfriamento rápidos podem causar rachaduras.
Condições aplicáveis: As engrenagens temperadas em superfície são amplamente utilizadas para aplicações de alta carga e pequeno volume.
2. Aço de cementação
Classes de aço: 20Cr, 20CrMnTi, 20CrMnMo, 20CrMo, 22CrMo, 20CrNiMo, 18Cr2Ni4W, 20Cr2Ni4A, etc.
Processo: Carburização e Têmpera
(1) Engrenagens carburadas e temperadas têm alta dureza da superfície do dente, resistência à corrosão e resistência ao desgaste. A superfície endurecida produz tensão residual, melhorando significativamente a resistência da raiz do dente. A faixa geral de dureza da superfície do dente é de 56-63 HRC.
(2) As engrenagens carburadas apresentam bom desempenho de corte.
(3) A cementação e a têmpera causam distorção significativa no tratamento térmico, exigindo retificação pós-tratamento térmico para obter alta precisão. Isso aumenta o tempo e o custo de processamento.
Condições aplicáveis: Engrenagens carburadas e temperadas são amplamente utilizadas para engrenagens médias e pequenas com alta capacidade de carga, resistência ao impacto, precisão e pequeno volume.
3. Aço de nitretação
Classes de aço: 38CrMoAlA, 30CrMoSiA, 25Cr2MoV, etc.
Processo: tratamento de nitretação
(1) As engrenagens nitretadas têm dureza superficial do dente muito alta, resistência à corrosão por pites e resistência ao desgaste. O núcleo tem boa resistência. O aço de médio carbono é frequentemente temperado e revenido primeiro para melhorar a resistência do núcleo.
(2) Devido às baixas temperaturas de aquecimento, a distorção do tratamento térmico é mínima e os dentes não necessitam de retificação após o tratamento de nitretação.
(3) A camada endurecida é fina, tornando a engrenagem menos adequada para cargas de impacto e com menor capacidade de carga do que as engrenagens carburadas e temperadas.
(4) O tratamento de nitretação leva mais tempo e é mais caro do que outros tratamentos térmicos.
Condições aplicáveis: As engrenagens nitretadas são adequadas para aplicações de carga grandes e estáveis e para situações onde o equipamento de acabamento da superfície do dente não está disponível, mas são necessárias superfícies de dente duras.
4. Aço fundido
Classes de aço: ZG310-570, ZG340-640, ZG42SiMn, ZG50SiMn, ZG40Cr1, ZG35CrMnSi, etc.
(1) Este processo é adequado para a fabricação de engrenagens grandes com formatos complexos.
(2) A resistência das engrenagens fabricadas com este processo é inferior à do aço temperado e revenido do mesmo tipo e tratamento térmico.
(3) Este processo pode resultar em defeitos de fundição.
Condições aplicáveis: Este processo é adequado para engrenagens grandes que não podem ser forjadas.
5. Ferro fundido
Grau de aço: vários ferro fundido cinzento, ferro dúctil, ferro fundido maleável, etc.
(1) O ferro fundido tem baixo custo de material.
(2) As engrenagens de ferro fundido apresentam boa resistência ao desgaste.
(3) Este processo é adequado para a fabricação de engrenagens grandes com formatos complexos.
(4) O ferro fundido possui boas tecnologias de fundição e corte.
(5) As engrenagens de ferro fundido têm menor capacidade de carga do que outros materiais.
Condições aplicáveis: O ferro fundido cinzento e o ferro fundido maleável são adequados para engrenagens de baixa velocidade, carga leve e sem impacto. O ferro dúctil pode ser usado para engrenagens com grandes cargas e impactos.
