Materiaal van metalen tandwielen

Tandwielstaal kan worden onderverdeeld in twee algemene klassen: gewoon koolstofstaal en gelegeerd staal. Gelegeerd staal wordt tot op zekere hoogte op industrieel gebied gebruikt, maar warmtebehandeld gewoon koolstofstaal komt veel vaker voor. Het gebruik van onbehandeld gelegeerd staal voor tandwielen is zelden of nooit gerechtvaardigd, en dan alleen als warmtebehandelingsfaciliteiten ontbreken. De punten waarmee rekening moet worden gehouden bij het bepalen of warmtebehandeld gewoon koolstofstaal of warmtebehandeld gelegeerd staal moet worden gebruikt, zijn: Vereist de gebruiksomstandigheden of het ontwerp de superieure eigenschappen van het gelegeerde staal, of zullen, als gelegeerd staal niet vereist is, de daaruit voortvloeiende voordelen de extra kosten compenseren? Voor de meeste toepassingen zijn gewone koolstofstaalsoorten, die met warmte zijn behandeld om de beste eigenschappen voor de beoogde dienst te verkrijgen, bevredigend en redelijk economisch. De voordelen die worden verkregen door het gebruik van warmtebehandeld gelegeerd staal in plaats van warmtebehandeld gewoon koolstofstaal zijn als volgt:

Verhoogde oppervlaktehardheid en diepte van de hardheidspenetratie voor hetzelfde koolstofgehalte en dezelfde afschrikking.

Mogelijkheid om dezelfde oppervlaktehardheid te verkrijgen met een minder drastische afschrikking en, in het geval van sommige legeringen, een lagere afschriktemperatuur, waardoor minder vervorming ontstaat.

Verhoogde taaiheid, zoals aangegeven door de hogere waarden van vloeigrens, rek en verkleining van het oppervlak.

Fijnere korrelgrootte, met als gevolg een hogere slagvastheid en verhoogde slijtvastheid.

Bij sommige legeringen betere bewerkingskwaliteiten of de mogelijkheid tot bewerking met hogere hardheid.

Gebruik van gehard staal

Elk van de twee algemene klassen tandwielstaal kan als volgt verder worden onderverdeeld:

Hardingsstaal;

volledig geharde staalsoorten;

3) staalsoorten die een warmtebehandeling hebben ondergaan en tot een hardheid zijn getrokken die machinale bewerking mogelijk maakt.

De eerste twee – geharde en volledig geharde staalsoorten – zijn voor sommige soorten diensten uitwisselbaar, en de keuze is vaak een kwestie van persoonlijke mening. Bekistingsstaalsoorten met hun extreem harde, fijnkorrelige (indien goed behandeld) omhulsel en relatief zachte en ductiele kern worden over het algemeen gebruikt wanneer weerstand tegen slijtage gewenst is. Casehardende gelegeerde staalsoorten hebben een tamelijk taaie kern, maar niet zo taai als die van de volledig geharde staalsoorten. Om de grootste voordelen van de kerneigenschappen te realiseren, moeten geharde staalsoorten dubbel afgeschrikt worden. Dit geldt in het bijzonder voor de gelegeerde staalsoorten, omdat de voordelen die voortvloeien uit het gebruik ervan zelden de extra kosten rechtvaardigen, tenzij de kern wordt verfijnd en gehard door een tweede afschrikking. De boete die moet worden betaald voor de extra verfijning is een grotere vervorming, die buitensporig kan zijn als de vorm of het ontwerp zich niet leent voor het verhardingsproces.

Gebruik van 'Thru-Hardening'-staalsoorten

Doorgeharde staalsoorten worden gebruikt wanneer grote sterkte, hoge uithoudingsvermogen, taaiheid en schokbestendigheid vereist zijn. Deze kwaliteiten worden bepaald door het soort staal en de gebruikte behandeling. In deze groep kan een tamelijk hoge oppervlaktehardheid worden verkregen, maar niet zo hoog als die van de geharde staalsoorten. Om die reden is de slijtvastheid niet zo groot als zou kunnen worden verkregen, maar wanneer slijtvastheid gecombineerd met grote sterkte en taaiheid vereist is, is dit type staal superieur aan de andere. Doorgeharde staalsoorten worden bij het harden tot op zekere hoogte vervormd; de hoeveelheid hangt af van het gebruikte staal en het gebruikte blusmedium. Om die reden zijn doorgeharde staalsoorten niet geschikt voor hogesnelheidsoverbrengingen waarbij geluid een factor is, of voor tandwieloverbrengingen waarbij nauwkeurigheid van het allergrootste belang is, behalve uiteraard in gevallen waarin het slijpen van de tanden praktisch mogelijk is. De gemiddelde en hoge koolstofpercentages vereisen een olie-quench, maar een water-quench kan nodig zijn voor de lagere koolstofgehalten om de hoogste fysische eigenschappen en hardheid te verkrijgen. De vervorming zal echter groter zijn bij het afschrikken met water.

Warmtebehandeling die bewerking mogelijk maakt

Wanneer het slijpen van tandwieltanden niet praktisch uitvoerbaar is en een hoge mate van nauwkeurigheid vereist is, kunnen geharde staalsoorten worden getrokken of getemperd tot een hardheid die het snijden van de tanden mogelijk maakt. Deze behandeling geeft een zeer verfijnde structuur, grote taaiheid en ondanks de lage hardheid uitstekende slijteigenschappen. De lagere sterkte wordt enigszins gecompenseerd door het elimineren van de toenemende belastingen als gevolg van schokken die worden veroorzaakt door onnauwkeurigheden. Wanneer staalsoorten met een lage hardheidspenetratie van oppervlak tot kern op deze manier worden behandeld, kan het ontwerp niet worden gebaseerd op de fysieke eigenschappen die overeenkomen met de hardheid aan het oppervlak. Omdat de fysieke eigenschappen worden bepaald door de hardheid, zal de daling van de hardheid van oppervlak tot kern lagere fysieke eigenschappen opleveren aan de wortel van de tand, waar de spanning het grootst is. Het blusmedium kan olie, water of pekel zijn, afhankelijk van het gebruikte staal en de gewenste hardheidspenetratie. De hoeveelheid vervorming doet er uiteraard niet toe, omdat de bewerking plaatsvindt na een warmtebehandeling.