การเลือกเหล็กสำหรับเฟือง: คาร์บูไรซิงเทียบกับการชุบแข็งตลอดเนื้อ

สองปรัชญา

ฟันเฟืองต้องการ ผิวที่แข็งและทนการสึกหรอ สำหรับความแข็งแรงต่อการสัมผัส (การกัดกร่อนแบบหลุม) และ แกนที่เหนียว สำหรับความแข็งแรงต่อการดัด เหล็กสองตระกูลให้ความสมดุลนั้นแตกต่างกัน

เหล็กคาร์บูไรซิง

เหล็กผสมคาร์บอนต่ำ ได้แก่ 8620, 16MnCr5, 20MnCr5, 20CrMnTi กลึงในสภาพอ่อน ทำคาร์บูไรซิง แล้วชุบแข็ง ผลลัพธ์คือผิวประมาณ 58–62 HRC บนแกนที่อาจอยู่ที่ 30–45 HRC

• ความแข็งแรงต่อความล้าจากการสัมผัสและการดัดสูงสุดในบรรดาตัวเลือกที่ใช้กันทั่วไป
• ความลึกของผิวแข็งแปรตามขนาดฟัน หลักคร่าว ๆ ที่ใช้กันอย่างกว้างขวางกำหนด ความลึกผิวแข็งที่มีผลอยู่ที่ประมาณ 0.15–0.30 × module เฟือง module 3 ต้องการเพียงไม่กี่ในสิบของมิลลิเมตร เฟือง module 10 ต้องการมากกว่าตามสัดส่วน
• ต้นทุน: รอบคาร์บูไรซิงใช้เวลานาน ต้องจัดการการบิดตัว (มักต้องเจียระไนตกแต่ง) และเฟืองขนาดใหญ่มากจะไม่สะดวกในการทำผิวแข็งให้สม่ำเสมอ

เหล็กชุบแข็งตลอดเนื้อ

42CrMo4 / 4140 และเหล็กผสมคาร์บอนปานกลางที่คล้ายกัน จะชุบแข็งและอบคืนตัวให้สม่ำเสมอประมาณ ~28–36 HRC แล้วจึงตัดหรือกลึงตกแต่ง ความแข็งที่ผิว และด้วยเหตุนี้ความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุม จึงต่ำกว่า แต่:

• ไม่จำกัดความลึกของผิวแข็ง เหมาะสำหรับ เฟือง module ใหญ่ เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ (พลังงานลม โรงสี อุปกรณ์เสริมทางทะเล)
• ฟันสามารถ ชุบแข็งด้วยเหนี่ยวนำ ในภายหลัง (ประมาณ 50–55 HRC ที่ด้านข้างฟัน) เพื่อฟื้นฟูความทนทานของผิวในขณะที่ยังคงแกนที่ผ่านการอบคืนตัว
• เหล็กไนไตรดิงเป็นเส้นทางที่สามสำหรับภาระปานกลาง ผิวบางที่แข็งมากโดยแทบไม่บิดตัว แต่จำกัดความลึกของผิวแข็ง

ตรรกะการเลือก

Situation	Typical choice
Small/medium module, high torque density, automotive and gearbox duty	Carburizing: 8620, 16MnCr5, 20CrMnTi
Large module, shock loads, one-off industrial gears	Through-hardened 42CrMo4, optionally induction hardened
Precision gears where distortion cannot be corrected	Nitriding steel
Low load, low cost, replaceable gears	1045 or cast steel, unhardened or lightly hardened

ขอบเขตในทางปฏิบัติคือขนาดและความเค้น เมื่อ module โตขึ้นและความลึกของผิวแข็งจะเกินประมาณหนึ่งมิลลิเมตรหรือราว ๆ นั้น ต้นทุนและการบิดตัวจากคาร์บูไรซิงจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และการชุบแข็งตลอดเนื้อร่วมกับการปรับสภาพผิวมักชนะ

ความเป็นจริงของการอบชุบด้วยความร้อนและการตกแต่ง

คาร์บูไรซิงเป็นกระบวนการแบบเป็นชุดที่ใช้เวลาวัดเป็นชั่วโมงถึงหลายวัน เฟืองจะถูกกลึงโดยเผื่อสำหรับการเจียระไน ทำผิวแข็ง ชุบแข็ง และเจียระไนตกแต่งหรือขูดแข็งเพื่อฟื้นฟูความแม่นยำของฟัน ขั้นตอนการตกแต่งนั้นต้องอยู่ในแผนกระบวนการและงบประมาณค่าพิกัดความเผื่อตั้งแต่เริ่มต้น เฟืองชุบแข็งตลอดเนื้อทำได้ง่ายกว่า ชุบแข็งและอบคืนตัวก่อน แล้วตัดฟันในชิ้นงานที่ชุบแข็งแล้วในกรณีที่ขนาดเอื้ออำนวย โดยยอมรับผิวสำเร็จด้านข้างฟันที่การตัดแข็งให้มา หรือตัดอ่อนและชุบแข็งด้วยเหนี่ยวนำโดยมีความแม่นยำหลวมกว่าเล็กน้อย สำหรับทั้งสองเส้นทาง แถบความสามารถในการชุบแข็ง ของเหล็ก (H-band ในมาตรฐานการจัดซื้อ) คือสิ่งที่รับประกันความแข็งของแกนที่โคนฟัน การระบุเกรดโดยไม่มีแถบความสามารถในการชุบแข็งเป็นการปล่อยสมบัติเฟืองที่สำคัญที่สุดไว้กับโอกาส