Stalen gietstukken voor tandwielen

Stalen gietstukken voor tandwielen

Het wordt aanbevolen om stalen gietstukken voor gesneden tandwielen aan te schaffen op basis van chemische analyse en om slechts twee soorten analyses te gebruiken, één voor geharde tandwielen en de andere voor zowel onbehandelde tandwielen als tandwielen die gehard en getemperd moeten worden. Het staal moet worden gemaakt door middel van open haard-, smeltkroes- of elektrische ovenprocessen. Het conversieproces wordt niet herkend. Er moeten voldoende stijgbuizen aanwezig zijn om de soliditeit en de vrijheid van onnodige segregatie te garanderen. De stijgbuizen mogen niet met geweld van de ongegloeide gietstukken worden afgebroken. Wanneer stijgbuizen met een fakkel worden afgesneden, moet de snede zich minstens een halve inch boven het oppervlak van de gietstukken bevinden en moet het resterende metaal worden verwijderd door middel van chippen, slijpen of een andere niet-schadelijke methode.

Staal voor gebruik in tandwielen moet voldoen aan de vereisten voor chemische samenstelling zoals aangegeven in Tabel 3. Alle stalen gietstukken voor tandwielen moeten grondig worden genormaliseerd of gegloeid, waarbij een zodanige temperatuur en tijd worden gebruikt dat de karakteristieke structuur van niet-gegloeide gietstukken volledig wordt geëlimineerd.

Tabel 3. Samenstellingen van gietstaal voor tandwielen

Staalspecificatie ​	samenstelling Chemische
	C	Mn	Si
SAE-0022 SAE-0050	0,12-0,22 0,40-0,50	0,50-0,90 0,50-0,90	0,60 Max. 0,80 Max.	Kan gecarboniseerd worden . Hardbaar 210-250

a  C = koolstof; Mn = mangaan; en Si = silicium.

Effect van het legeren van metalen op tandwielstaal

Het effect van de verschillende legeringselementen op staal wordt hier samengevat om te helpen bij het beslissen over het specifieke soort gelegeerd staal dat voor specifieke doeleinden moet worden gebruikt. De geschetste kenmerken zijn alleen van toepassing op warmtebehandelde staalsoorten. Wanneer het effect van de toevoeging van een legeringselement wordt vermeld, wordt er uiteraard verwezen naar gelegeerd staal met een bepaald koolstofgehalte, vergeleken met gewoon koolstofstaal met hetzelfde koolstofgehalte.

Nikkel : De toevoeging van nikkel heeft de neiging de hardheid en sterkte te vergroten, met slechts weinig opoffering van de ductiliteit. De hardheidspenetratie is iets groter dan die van gewoon koolstofstaal. Het gebruik van nikkel als legeringselement verlaagt de kritische punten en veroorzaakt minder vervorming vanwege de lagere afschriktemperatuur. De nikkelstaalsoorten van de hardingsgroep carboneren langzamer, maar de korrelgroei is minder.

Chroom : Chroom verhoogt de hardheid en sterkte ten opzichte van die verkregen door het gebruik van nikkel, hoewel het verlies aan ductiliteit groter is. Chroom verfijnt de korrel en zorgt voor een grotere hardheid. Chroomstaal heeft een hoge slijtvastheid en is ondanks de fijne korrel gemakkelijk te bewerken.

Mangaan : Wanneer het in voldoende hoeveelheden aanwezig is om het gebruik van de term legering te rechtvaardigen, is de toevoeging van mangaan zeer effectief. Het geeft een grotere sterkte dan nikkel en een hogere mate van taaiheid dan chroom. Vanwege de gevoeligheid voor koude bewerking is het waarschijnlijk dat het onder zware eenheidsdrukken gaat stromen. Tot nu toe is het nooit in grote mate gebruikt voor warmtebehandelde tandwielen, maar het krijgt nu steeds meer aandacht.

Vanadium : Vanadium heeft een soortgelijk effect als mangaan: het verhoogt de hardheid, sterkte en taaiheid. Het verlies aan ductiliteit is iets groter dan dat van mangaan, maar de penetratie van de hardheid is groter dan bij enig ander legeringselement. Door de extreem fijnkorrelige structuur is de slagvastheid hoog; maar vanadium heeft de neiging de bewerking moeilijk te maken.

Molybdeen : Molybdeen heeft de eigenschap de sterkte te vergroten zonder de taaiheid te beïnvloeden. Voor dezelfde hardheid zijn staalsoorten die molybdeen bevatten taaier dan enig ander gelegeerd staal, en met bijna dezelfde sterkte zijn ze taaier; ondanks de verhoogde taaiheid maakt de aanwezigheid van molybdeen de bewerking niet moeilijker. Dergelijke staalsoorten kunnen zelfs met een hogere hardheid worden bewerkt dan alle andere gelegeerde staalsoorten. De slagsterkte is bijna net zo groot als die van de vanadiumstaalsoorten.

Chroomnikkelstaal : de combinatie van de twee legeringselementen chroom en nikkel voegt de gunstige eigenschappen van beide toe. De hoge mate van taaiheid die aanwezig is in nikkelstaal wordt aangevuld door de hoge sterkte, fijnere korrelgrootte, diepe harding en slijtvaste eigenschappen die worden verleend door de toevoeging van chroom. Door de grotere taaiheid zijn deze staalsoorten moeilijker te bewerken dan gewone koolstofstaalsoorten, en zijn ze moeilijker met warmte te behandelen. De vervorming neemt toe met de hoeveelheid chroom en nikkel.

Chroom-vanadiumstaal : Chroom-vanadiumstaal heeft vrijwel dezelfde trekeigenschappen als chroomnikkelstaal, maar de hardingskracht, slagsterkte en slijtvastheid worden vergroot door de fijnere korrelgrootte. Ze zijn moeilijk te bewerken en raken gemakkelijker vervormd dan de andere gelegeerde staalsoorten.

Chroom-molybdeenstaal : Deze groep heeft dezelfde eigenschappen als de rechte molybdeenstaalsoorten, maar de hardingsdiepte en slijtvastheid worden vergroot door de toevoeging van chroom. Dit staal is zeer gemakkelijk warmtebehandeld en machinaal bewerkt.

Nikkel-molybdeenstaal : Nikkel-molybdeenstaal heeft eigenschappen die vergelijkbaar zijn met chroom-molybdeenstaal. Er wordt gezegd dat de taaiheid groter is, maar het staal is iets moeilijker te bewerken.

Gesinterde materialen

Voor hoge productie van laag- en matig belaste tandwielen kunnen aanzienlijke besparingen op de productiekosten worden gerealiseerd door het gebruik van een gesinterd metaalpoeder. Met dit materiaal wordt het tandwiel onder hoge druk in een matrijs gevormd en vervolgens in een oven gesinterd. De belangrijkste kostenbesparing komt voort uit de grote verlaging van de arbeidskosten voor het bewerken van de tandwieltanden en andere onbewerkte tandwieloppervlakken. Het productievolume moet hoog genoeg zijn om de kosten van de matrijs af te schrijven en het onbewerkte tandwiel moet een zodanige configuratie hebben dat deze kan worden gevormd en gemakkelijk uit de matrijs kan worden geworpen.