مقاله 8: مواد مورد استفاده برای چرخ‌دنده‌ها 2 / Article 8:Kind of Material for Gears 2

فولاد ریختگی برای چرخ‌دنده‌ها

هنگامی که چرخ‌دنده‌ها از فولاد ریختگی ساخته شوند فولاد بکار رفته باید با الزامات و خواص شیمیایی که در قوانین مربوط به فولاد چرخ‌دنده‌ها قرار می‌گیرند مطابقت کند. معمولاً چنین فولادی در کوره‌ی باز یا الکتریکی ساخته می‌شود. باید توجه شود که تمام فولاد‌های ریخته شده برای چرخ‌دنده باید بطور کامل نرماله یا آنیل گردد. دما و زمان عملیات حرارتی باید مناسب انتخاب شود تا در نهایت ساختار‌های دانه‌ای بدون عملیات حرارتی باقی نماند.

از زمره‌ی فولاد های آلیاژی منگنز- نیکل با درصد بالا مقاومت در مقابل حرارت، سایش و تنش‌های خمشی بالایی ارائه می‌دهند. فولاد‌های ضدزنگ مارتنزیتی برای چرخ‌دنده‌ها زمانی بکار می‌روند که خواص مکانیکی بالا همراه با مقاومت در مقابل خوردگی، لازم و ضروری است. وقتی که چرخ‌دنده‌ای با سطح مقطع بزرگ باید سخت شود فولاد‌های آلیاژی پیشنهاد می‌شود زیرا عناصر آلیاژی سختی‌پذیری لازم را به قطعه‌کار می‌دهند‌. واقعیت این است که فولاد‌های آلیاژی به‌نسبت فولاد‌های کربنی، بیشتر تابع روش‌های عملیات حرارتی هستند. همچنین در‌مورد چرخ‌دنده‌هایی با سطح مقطع و شکل ویژه نتایج زیان‌باری ندارند. عموماً در مصارف صنعتی فولادهای کربنی ساده‌ی عملیات حرارتی‌شده بسیار معمول‌ترند از فولادهای آلیاژی و این به‌دلیل هزینه‌ی زیاد این آلیاژها در بسیاری از ملاحظات طراحی و شرایط کاری فولاد‌های کربنی ساده برای بسیاری از کاربرد‌های صنعتی، بسیار مفید و اقتصادی می‌باشد.

 

Cast steel for gears

When gears are made of cast steel, the steel used must meet the requirements and chemical properties set out in the Gear Steel Code. Usually, such steel is made in an open or electric furnace. It should be noted that all cast steels for gears must be fully normalized or annealed. The temperature and time of heat treatment should be chosen appropriately so that finally the granular structures are not left without heat treatment.

Among the manganese-nickel alloy steels with a high percentage, they provide resistance to heat, wear and high bending stresses. Martensitic stainless steels are used for gears when high mechanical properties with corrosion resistance are necessary. When a gear with a large cross-sectional area needs to be hardened, alloy steels are recommended because the alloy elements provide the necessary hardenability to the workpiece. The fact is that alloy steels are more subject to heat treatment methods than carbon steels. They also do not have harmful results in the case of gears with a special cross-section and shape. Generally, heat-treated simple carbon steels are much more common than alloy steels in industrial applications, and this is very useful and economical due to the high cost of these alloys in many design considerations and working conditions of simple carbon steels for many industrial applications.

.

شکل( 1-9) شمش‌های فولادی

Figure (9-1) Steel ingots            

 

هنگامی که فولاد آلیاژی عملیات‌حرارتی‌شده را با فولاد کربنی عملیات‌حرارتی‌شده مقایسه می‌کنیم فولاد آلیازی فواید زیر را به ما می‌دهد.

 1-  درصد کربن و شرایط کوئنچ شدن یکسان است، فولادهای آلیاژی توان تولید سطح و عمق سخت‌شده‌ی بیشتری دارند.

 2-  فولاد آلیاژی دارای نقطه‌تسلیم بالا‌تر و کاهش و افزایش سطح بیشتری است. بنابراین دارای چقرمگی بیشتری می‌باشد.

 3-  در دماهای پایین کوئنچ ممکن است به یک سطح سخت شده‌ی یکسان برسیم، بعلاوه قطعات فولادی آلیاژی کمتر در معرض تغییر شکل قرار می‌گیرند.

 4-  سایز دانه‌ها ریزتر است در نتیجه مقاومت در مقابل ضربه و سایش آن‌ها بیشتر است.

 5-  توانایی ماشین‌کاری بالا و سختی بیشتر نسبت به فولاد کربنی ساده.

 6-  عناصر آلیاژی مختلف، خواص متفاوتی را به فولاد می‌دهد. کاراکترهای مربوط به این عناصر بطور خلاصه در زیر شرح داده می‌شود. در اینجا فقط تاثیر عناصر آلیاژی مطرح است و مقدار و درصد کربن را ثابت در نظر می‌گیریم.

 

When we compare heat treated alloy steel with heat treated carbon steel, alloy steel gives us the following benefits.

1Carbon percentage and quenching conditions are the same, alloy steels have the ability to produce more hardened surface and depth.

2Alloy steel has a higher yield point and more surface reduction and increase. Therefore, it has more toughness.

3At low quench temperatures, we may reach a uniform hardened surface, in addition, alloy steel parts are less subject to deformation.

4The size of the grains is smaller, as a result, their resistance to impact and wear is greater.

5High machining ability and more hardness than plain carbon steel.

6Different alloy elements give different properties to steel. The characters related to these elements are briefly described below. Here, only the effect of alloying elements is discussed and we consider the amount and percentage of carbon constant.

 1-  نیکل باعث افزایش سختی و استحکام و کاهش مرزی شکل پذیری.

 2-  کروم سختی و استحکام را بالا می‌برد، حتی بالا تر از مقداری که با نیکل بدست می‌آید اما کاهش شکل‌پذیری در اینجا زیاد است.

 3-  وانادیوم افزایش سختی و استحکام و چکش‌خواری، مقاومت در مقابل ضربه‌ی زیاد را درپی دارد ولی ماشین‌کاری آن سخت است.

 4-  منگنز تأثیرش مانند وانادیوم است.

 5- مولیبدن استحکام را بالا می‌برد ولی روی شکل پذیری تأثیری ندارد. خواص خوبی از لحاظ شکل‌پذیری به آلیاژ می‌دهد.

 6- کروم– نیکل: این ترکیب استحکام بالایی را نتیجه می‌دهد، شکل‌پذیری بیشتر و مقاومت به سایش را به دنبال دارد اما ماشین‌کاری خوبی ندارد و عملیات حرارتی آن سخت است.

 7- کروم- وانادیوم: تقریباً مشابه ترکیب کروم- نیکل است اما سختی‌پذیری، استحکام به ضربه و مقاومت در مقابل سایش بهتری دارد.

 8- کروم- مولیبدن: از لحاظ عملی شبیه فولاد مولیبدنی ساده است اما عمق سختی‌پذیری بیشتر است و مقاومت به سایش بیشتری دارد. ماشین‌کاری خوب و عملیات حرارتی مطمئن دارد.

 9- نیکل- مولیبدن: مشابه خواص فولاد‌های کروم- مولیبدنی است. چکش‌خواری بیشتر اما ماشین‌کاری آن خیلی خوب نیست.

 

1Nickel increases the hardness and strength and reduces the limit of plasticity.

2Chromium increases the hardness and strength, even higher than the value obtained with nickel, but the reduction of ductility is high here.

3Vanadium leads to increased hardness and strength and malleability, resistance to high impact, but it is difficult to machine.

4Manganese has the same effect as vanadium.

5Molybdenum increases strength, but does not affect ductility. It gives good malleability to the alloy.

6Chrome-Nickel: This combination results in high strength, more malleability and wear resistance, but it does  not have good machining and heat treatment is difficult.

7Chromium-Vanadium: It is almost similar to the combination of Chromium-Nickel, but it has better hardness, impact strength and wear resistance.

8Chrome-molybdenum: in practical terms, it is similar to simple molybdenum steel, but the depth of hardening is greater and it has more wear resistance. It has good machining and reliable heat treatment.

9Nickel-molybdenum: similar to the properties of chrome-molybdenum steels. More hammering but not very good machining.