Valg af tandhjulsstål: Sæthærdning vs gennemhærdning

To filosofier

En tand på et tandhjul har brug for en hård, slidstærk overflade til kontaktstyrke (grubetæring) og en sej kerne til bøjningsstyrke. To stålfamilier leverer den balance på forskellig vis.

Sæthærdningsstål

Lavkulstoflegerede stål — 8620, 16MnCr5, 20MnCr5, 20CrMnTi — bearbejdes bløde, opkulles og bratkøles derefter. Resultat: et lag på omkring 58–62 HRC over en kerne på måske 30–45 HRC.

• Højeste kontakt- og bøjningsudmattelsesstyrke blandt de almindelige muligheder.
• Lagdybden skalerer med tandstørrelsen: en udbredt tommelfingerregel angiver effektiv lagdybde til omkring 0.15–0.30 × modul — et tandhjul med modul 3 behøver kun nogle få tiendedele af en millimeter, et tandhjul med modul 10 behøver forholdsmæssigt mere.
• Omkostning: opkulningscyklusser er lange, deformation skal håndteres (ofte finslibning), og meget store tandhjul bliver upraktiske at sæthærde ensartet.

Gennemhærdningsstål

42CrMo4 / 4140 og lignende mellemkulstoflegerede stål sejhærdes til ensartet ~28–36 HRC og skæres eller færdigbearbejdes derefter. Overfladehårdheden — og dermed modstanden mod grubetæring — er lavere, men:

• Ingen grænse for lagdybde; egnet til tandhjul med stort modul og stor diameter (vind, valseværker, marinehjælpeudstyr).
• Tænder kan induktionshærdes bagefter (omkring 50–55 HRC på flanken) for at genvinde overfladens holdbarhed, mens kernen forbliver anløbet.
• Nitrerede stål er en tredje vej til moderate belastninger: meget hårde tynde lag med næsten ingen deformation ved begrænset lagdybde.

Udvælgelseslogik

Situation	Typisk valg
Lille/mellem modul, høj momenttæthed, bil- og gearkassedrift	Sæthærdning: 8620, 16MnCr5, 20CrMnTi
Stort modul, stødbelastninger, industrielle engangstandhjul	Gennemhærdet 42CrMo4, eventuelt induktionshærdet
Præcisionstandhjul, hvor deformation ikke kan korrigeres	Nitreringsstål
Lav belastning, lave omkostninger, udskiftelige tandhjul	1045 eller støbestål, uhærdet eller let hærdet

Det praktiske skel er størrelse og spænding: når modulerne vokser, og lagdybderne ville overstige en millimeter eller deromkring, stiger opkulningsomkostninger og deformation kraftigt, og gennemhærdning med en overfladebehandling vinder normalt.

Virkeligheden for varmebehandling og finish

Opkulning er en batchproces, der måles i timer til dage: tandhjul bearbejdes med et slibetillæg, sæthærdes, bratkøles og finslibes eller hårdskrælles for at genoprette tandnøjagtigheden — det finish-trin skal være med i procesplanen og tolerancebudgettet fra starten. Gennemhærdede tandhjul er enklere: bratkøl og anløb først, skær derefter tænderne i det hærdede emne, hvor størrelsen tillader det, og acceptér den flanke-finish, som hård skæring giver, eller blødskær og induktionshærd med noget løsere nøjagtighed. For begge veje er stålets hærdbarhedsbånd (H-båndet i indkøbsstandarden) det, der garanterer kernehårdheden ved tandfoden; at specificere en kvalitet uden dens hærdbarhedsbånd overlader tandhjulets vigtigste egenskab til tilfældighederne.