Термообработка — это этап, на котором шестерня приобретает рабочую прочность. Шестерня, нарезанная из стали, может иметь правильную геометрию, но быстро износится, получит питтинг или сломается, если поверхность слишком мягкая для нагрузки. Поэтому большинство промышленных шестерён упрочняют по поверхности: твёрдая износостойкая поверхность поверх вязкой ударопрочной сердцевины. Выбор правильного процесса упрочнения и его чёткое указание на чертеже — одно из важнейших решений при закупке шестерён.
Цементация — самый распространённый процесс для сильно нагруженных шестерён. Шестерню нагревают в углеродосодержащей атмосфере, чтобы углерод диффундировал в поверхностный слой, затем закаливают с образованием твёрдого мартенситного слоя. Типичная глубина слоя составляет от 0,3 мм до 2,0 мм в зависимости от модуля и режима работы. Материалы вроде 20CrMnTi созданы для этого процесса, и цементованные шестерни — стандартный выбор для автомобильных и тяжёлых промышленных передач.
Индукционная закалка нагревает только поверхность зуба локально с помощью электромагнитной катушки с последующей закалкой. Она подходит для среднеуглеродистых сталей, таких как сталь 45 или 40Cr, даёт твёрдую поверхность при вязкой сердцевине и эффективна для крупных шестерён или деталей с локальными зонами упрочнения. Поскольку нагревается только поверхность, деформация обычно меньше, а процесс быстрее, но достижимая глубина и рисунок зависят от геометрии зуба и конструкции катушки.
Азотирование вводит азот в поверхность при относительно низкой температуре, обычно 480–580 °C, без последующей закалки. Оно даёт очень твёрдый тонкий слой с минимальной деформацией, что привлекательно для точных шестерён, которые не должны менять форму при обработке. Азотирование подходит для шестерён с умеренными нагрузками и высокими требованиями к точности, где малая деформация компенсирует более тонкий слой.
Твёрдость задаётся как твёрдость поверхности и твёрдость сердцевины, обычно по шкалам Роквелла или Виккерса. Типичные цели — 58–62 HRC на боковой поверхности зуба для цементованных шестерён, с твёрдостью сердцевины около 30–40 HRC для вязкости. Покупатель должен указать диапазон твёрдости, глубину слоя и то, проводится ли испытание на образце или на самой шестерне, поскольку эти решения влияют на стоимость и сроки.
Для расчёта цены укажите марку материала, ожидаемый процесс упрочнения, диапазон твёрдости поверхности и сердцевины, а также глубину слоя, если это требуется применением. Если вы не уверены, опытный поставщик может порекомендовать процесс исходя из нагрузки, скорости, модуля и условий эксплуатации. Чёткая спецификация термообработки на чертеже предотвращает переделки и сокращает весь цикл проекта.