Hammaspyöräteräksen valinta: hiiletys vs läpikarkaisu

Kaksi filosofiaa

Hammaspyörän hammas tarvitsee kovan, kulumista kestävän pinnan kosketus- (pisteily-) lujuuteen ja sitkeän ytimen taivutuslujuuteen. Kaksi teräsperhettä tuottaa tämän tasapainon eri tavoin.

Hiiletysteräkset

Niukkahiiliset seosteräkset — 8620, 16MnCr5, 20MnCr5, 20CrMnTi — työstetään pehmeinä, hiiletetään, sitten sammutetaan. Tulos: noin 58–62 HRC kuori ytimen päällä, joka on ehkä 30–45 HRC.

• Yleisten vaihtoehtojen korkein kosketus- ja taivutusväsymislujuus.
• Kuoren syvyys skaalautuu hampaan koon mukaan: laajalti käytetty nyrkkisääntö asettaa tehollisen kuoren syvyyden noin 0.15–0.30 × moduuli — moduuli 3 hammaspyörä tarvitsee vain muutaman millimetrin kymmenesosan, moduuli 10 hammaspyörä tarvitsee suhteessa enemmän.
• Kustannus: hiiletyssyklit ovat pitkiä, vääntymää täytyy hallita (usein viimeistelyhionta), ja hyvin suurten hammaspyörien kuoriuttaminen tasaisesti muuttuu epäkäytännölliseksi.

Läpikarkaistavat teräkset

42CrMo4 / 4140 ja vastaavat keskihiiliset seosteräkset sammutetaan ja päästetään tasaiseen ~28–36 HRC, sitten leikataan tai viimeistelytyöstetään. Pinnan kovuus — ja siten pisteilyn kesto — on alempi, mutta:

• Ei kuoren syvyysrajaa; sopii suurimoduulisiin, suurihalkaisijaisiin hammaspyöriin (tuuli-, mylly-, meriapulaitteet).
• Hampaat voidaan induktiokarkaista jälkeenpäin (noin 50–55 HRC kyljellä) palauttamaan pinnan kestävyyttä päästetyn ytimen säilyttäen.
• Nitratut teräkset ovat kolmas reitti kohtalaisille kuormille: erittäin kovat ohuet kuoret lähes ilman vääntymää, rajallisella kuoren syvyydellä.

Valintalogiikka

Tilanne	Tyypillinen valinta
Pieni/keskimoduuli, korkea vääntötiheys, auto- ja vaihteistokäyttö	Hiiletys: 8620, 16MnCr5, 20CrMnTi
Suuri moduuli, iskukuormat, yksittäiset teollisuushammaspyörät	Läpikarkaistu 42CrMo4, valinnaisesti induktiokarkaistu
Tarkkuushammaspyörät, joissa vääntymää ei voida korjata	Nitrausteräs
Matala kuorma, matalat kustannukset, vaihdettavat hammaspyörät	1045 tai valuteräs, karkaisematon tai kevyesti karkaistu

Käytännön raja on koko ja jännitys: kun moduulit kasvavat ja kuoren syvyyksien tulisi ylittää noin millimetri, hiiletyksen kustannus ja vääntymä nousevat jyrkästi, ja läpikarkaisu pintakäsittelyllä voittaa yleensä.

Lämpökäsittelyn ja viimeistelyn todellisuus

Hiiletys on eräprosessi, jota mitataan tunneissa-päivissä: hammaspyörät työstetään hiontavaralla, kuoriutetaan, sammutetaan ja viimeistelyhiotaan tai kovaleikataan hampaan tarkkuuden palauttamiseksi — tämä viimeistelyvaihe on oltava prosessisuunnitelmassa ja toleranssibudjetissa alusta alkaen. Läpikarkaistut hammaspyörät ovat yksinkertaisempia: sammutus ja päästö ensin, sitten hampaiden leikkaus karkaistuun aihioon koon salliessa, hyväksyen kyljen viimeistelyn, jonka kovaleikkaus antaa, tai pehmeäleikkaus ja induktiokarkaisu hieman löysemmällä tarkkuudella. Molemmille reiteille teräksen karkenevuuskaista (H-kaista hankintastandardissa) takaa ytimen kovuuden hampaan juuressa; lajin spesifiointi ilman sen karkenevuuskaistaa jättää tärkeimmän hammaspyöräominaisuuden sattuman varaan.