Alegerea oțelului pentru roți dințate: Cementare vs călire în profunzime

Două filozofii

Un dinte de roată dințată are nevoie de o suprafață dură, rezistentă la uzură pentru rezistența la contact (coroziune punctiformă) și de un miez tenace pentru rezistența la încovoiere. Două familii de oțeluri oferă acest echilibru în mod diferit.

Oțeluri de cementare

Oțelurile aliate cu conținut scăzut de carbon — 8620, 16MnCr5, 20MnCr5, 20CrMnTi — sunt prelucrate în stare moale, cementate, apoi călite. Rezultat: un strat superficial de aproximativ 58–62 HRC peste un miez de poate 30–45 HRC.

• Cea mai mare rezistență la oboseală de contact și de încovoiere dintre opțiunile comune.
• Adâncimea stratului crește cu mărimea dintelui: o regulă empirică larg utilizată plasează adâncimea efectivă a stratului la aproximativ 0.15–0.30 × modul — o roată dințată cu modul 3 are nevoie de doar câteva zecimi de milimetru, o roată dințată cu modul 10 are nevoie proporțional de mai mult.
• Cost: ciclurile de cementare sunt lungi, deformarea trebuie gestionată (adesea rectificare de finisare), iar roțile dințate foarte mari devin nepractice pentru cementare uniformă.

Oțeluri pentru călire în profunzime

42CrMo4 / 4140 și oțelurile aliate similare cu conținut mediu de carbon sunt călite și revenite la o duritate uniformă de ~28–36 HRC, apoi tăiate sau prelucrate de finisare. Duritatea suprafeței — și, prin urmare, rezistența la coroziune punctiformă — este mai mică, dar:

• Nu există limită de adâncime a stratului; potrivite pentru roți dințate cu modul mare și diametru mare (eoliene, mori, auxiliare marine).
• Dinții pot fi căliți prin inducție ulterior (aproximativ 50–55 HRC pe flanc) pentru a recupera durabilitatea suprafeței, păstrând un miez revenit.
• Oțelurile nitrurate sunt o a treia cale pentru sarcini moderate: straturi foarte dure și subțiri, cu deformare aproape zero, la adâncime limitată a stratului.

Logica de selecție

Situație	Alegere tipică
Modul mic/mediu, densitate mare de cuplu, utilizare auto și în cutii de viteze	Cementare: 8620, 16MnCr5, 20CrMnTi
Modul mare, sarcini de șoc, roți dințate industriale unicat	42CrMo4 călit în profunzime, opțional călit prin inducție
Roți dințate de precizie unde deformarea nu poate fi corectată	Oțel de nitrurare
Sarcină mică, cost redus, roți dințate înlocuibile	1045 sau oțel turnat, necălit sau ușor călit

Limita practică este mărimea și solicitarea: odată ce modulele cresc și adâncimile stratului ar depăși aproximativ un milimetru, costul cementării și deformarea cresc abrupt, iar călirea în profunzime cu un tratament de suprafață câștigă de obicei.

Realitatea tratamentului termic și a finisării

Cementarea este un proces în șarje măsurat în ore până la zile: roțile dințate sunt prelucrate cu adaos de rectificare, cementate, călite și rectificate de finisare sau danturate dur pentru a restabili precizia dinților — această etapă de finisare trebuie să fie în planul de proces și în bugetul de toleranțe de la început. Roțile dințate călite în profunzime sunt mai simple: mai întâi călire și revenire, apoi tăierea dinților în semifabricatul călit, acolo unde mărimea permite, acceptând finisajul flancului pe care îl oferă tăierea dură, sau tăiere moale și călire prin inducție cu precizie ceva mai slabă. Pentru ambele căi, banda de călibilitate a oțelului (banda H din standardul de achiziție) este cea care garantează duritatea miezului la rădăcina dintelui; specificarea unei clase fără banda sa de călibilitate lasă cea mai importantă proprietate a roții dințate la voia întâmplării.