Materiale degli ingranaggi in metallo

Gli acciai per ingranaggi possono essere suddivisi in due classi generali: gli acciai semplici al carbonio e gli acciai legati. Gli acciai legati sono utilizzati in una certa misura nel campo industriale, ma gli acciai semplici al carbonio trattati termicamente sono molto più comuni. L'uso di acciai legati non trattati per gli ingranaggi è raramente, se non mai, giustificato, e solo quando mancano gli impianti di trattamento termico. I punti da considerare nel determinare se utilizzare acciai semplici al carbonio trattati termicamente o acciai legati trattati termicamente sono: le condizioni di servizio o la progettazione richiedono le caratteristiche superiori degli acciai legati o, se gli acciai legati non sono richiesti, i vantaggi che ne derivano compenseranno il costo aggiuntivo? Per la maggior parte delle applicazioni, gli acciai semplici al carbonio, trattati termicamente per ottenere il massimo delle loro qualità per il servizio previsto, sono soddisfacenti e abbastanza economici. I vantaggi ottenuti dall’utilizzo di acciai legati trattati termicamente in sostituzione degli acciai semplici al carbonio trattati termicamente sono i seguenti:

Maggiore durezza superficiale e profondità di penetrazione della durezza a parità di contenuto di carbonio e di raffreddamento.

Capacità di ottenere la stessa durezza superficiale con un raffreddamento meno drastico e, nel caso di alcune leghe, una temperatura di raffreddamento più bassa, dando così una minore distorsione.

Maggiore tenacità, come indicato dai valori più elevati di limite di snervamento, allungamento e riduzione dell'area.

Granulometria più fine, con conseguente maggiore resilienza e maggiore resistenza all'usura.

Per alcune leghe, migliori qualità di lavorazione o possibilità di lavorazione con durezza più elevata.

Utilizzo degli acciai da cementazione

Ciascuna delle due classi generali di acciai per ingranaggi può essere ulteriormente suddivisa come segue:

Acciai da cementazione;

acciai a tutta tempra;

3) acciai trattati termicamente e trafilati ad una durezza che ne consentirà la lavorazione.

I primi due – acciai da cementazione e da tempra totale – sono intercambiabili per alcuni tipi di servizio e la scelta è spesso una questione di opinione personale. Gli acciai da cementazione con la loro cassa estremamente dura, a grana fine (se adeguatamente trattata) e il nucleo relativamente morbido e duttile vengono generalmente utilizzati quando si desidera resistenza all'usura. Gli acciai legati da cementazione hanno un nucleo abbastanza tenace, ma non così tenace come quello degli acciai a tempra totale. Per ottenere i maggiori benefici dalle proprietà del nucleo, gli acciai da cementazione dovrebbero essere temprati due volte. Ciò è particolarmente vero per gli acciai legati, poiché i vantaggi derivanti dal loro utilizzo raramente giustificano la spesa aggiuntiva, a meno che il nucleo non venga raffinato e temprato mediante una seconda tempra. Lo scotto da pagare per l'ulteriore perfezionamento è una maggiore distorsione, che può essere eccessiva se la forma o il disegno non si prestano al processo di cementazione.

Utilizzo di acciai 'tempra passante'.

Gli acciai a tempra profonda vengono utilizzati quando sono richieste grande robustezza, elevato limite di fatica, tenacità e resistenza agli urti. Queste qualità sono determinate dal tipo di acciaio e dal trattamento utilizzato. In questo gruppo si possono ottenere durezze superficiali abbastanza elevate, anche se non così elevate come quelle degli acciai da cementazione. Per questo motivo la resistenza all'usura non è così elevata come si potrebbe ottenere, ma quando è richiesta resistenza all'usura abbinata a grande resistenza e tenacità, questo tipo di acciaio è superiore agli altri. Gli acciai a tempra profonda si deformano in una certa misura quando vengono temprati, la quantità dipende dall'acciaio e dal mezzo di tempra utilizzato. Per questo motivo, gli acciai a tempra profonda non sono adatti per ingranaggi ad alta velocità in cui il rumore è un fattore, o per ingranaggi in cui la precisione è di fondamentale importanza, tranne, ovviamente, nei casi in cui è possibile la molatura dei denti. Le percentuali di carbonio medio e alto richiedono un raffreddamento in olio, ma per i contenuti di carbonio inferiori può essere necessario un raffreddamento in acqua, al fine di ottenere le proprietà fisiche e la durezza più elevate. La distorsione, però, sarà maggiore con il quench in acqua.

Trattamento termico che consente la lavorazione

Quando la rettifica dei denti degli ingranaggi non è praticabile ed è richiesto un elevato grado di precisione, gli acciai temprati possono essere trafilati o rinvenuti ad una durezza che consenta il taglio dei denti. Questo trattamento conferisce una struttura altamente raffinata, grande tenacità e, nonostante la bassa durezza, eccellenti qualità di resistenza all'usura. La minore resistenza è in qualche modo compensata dall'eliminazione dei carichi incrementali dovuti agli urti causati dalle imprecisioni. Quando gli acciai che hanno un basso grado di penetrazione della durezza dalla superficie al nucleo vengono trattati in questo modo, la progettazione non può basarsi sulle proprietà fisiche corrispondenti alla durezza superficiale. Poiché le proprietà fisiche sono determinate dalla durezza, la diminuzione della durezza dalla superficie al nucleo darà proprietà fisiche inferiori alla radice del dente, dove lo stress è maggiore. Il mezzo di raffreddamento può essere olio, acqua o salamoia, a seconda dell'acciaio utilizzato e della penetrazione della durezza desiderata. L'entità della distorsione, ovviamente, è irrilevante, poiché la lavorazione viene eseguita dopo il trattamento termico.