기어 열처리 선택 가이드: 고주파 경화, 질화 및 침탄 비교

요약

기어가 듀티 사이클을 견디는지 피팅으로 파손되는지는 대부분 열처리에 달려 있습니다. 세 가지 경로가 대부분의 산업용 작업을 커버합니다:

• 침탄 — 20CrMnTi, 표면 HRC 58–62, 케이스 0.8–2.0 mm. 모듈 ≥ 3의 고하중 기어에 대한 표준 답변입니다.
• 가스 질화 — 40Cr 또는 38CrMoAl, HV 550–900, 치수 변형이 거의 없습니다. 가늘고 공차가 엄격한 기어에 선택됩니다.
• 고주파 경화 — 42CrMo, HRC 50–55, 세 가지 중 가장 저렴합니다. 중탄소강으로 만든 중부하 기어에 적합합니다.

PinyiGear는 세 가지 경로를 모두 운영하며 DIN 6–8의 완성 기어를 납품합니다.

열처리가 치아 내부에서 변화시키는 것

공작물은 임계 온도 이상으로 가열되거나 설정된 범위 내에서 유지된 후 냉각되며, 합금 원소가 내부로 확산되거나 되지 않아 미세조직이 변태됩니다. 얻는 것은 마모에 저항하는 플랭크와 아래 재료의 인성을 유지하는 것입니다.

요구 사항은 세 가지 파손 모드에서 비롯됩니다: 접촉 피로에 의한 피팅, 치근의 굽힘 피로 균열, 그리고 마모 또는 스커핑. 플랭크의 접촉 피로 강도와 치근의 굽힘 강도 모두 열처리에 의해 설정되며, 이는 HRC 50보다 더 강하게 작동하는 구동 장치가 열처리 없이 생산될 수 없는 이유를 설명합니다.

연질면과 경질면 비교

유효 침탄 깊이: 도면에서 지배적인 수치

유효 침탄 깊이는 플랭크에 직각으로, 표면에서 경도가 지정된 수준(보통 HV 550)으로 떨어지는 지점까지 측정됩니다. 열처리 도면에서 가장 중요한 합격 값입니다.

침탄 부품의 경우 경험 법칙은 침탄 깊이 ≈ 모듈 m × 0.15–0.25입니다.

• M2: 0.5–0.8 mm
• M4: 0.8–1.2 mm
• M6: 1.2–1.6 mm
• M8–M10: 1.6–2.5 mm

세 가지 주의 사항이 적용됩니다. 침탄 깊이가 너무 얕으면 플랭크에서 붕괴되어 조기에 피팅됩니다. 너무 깊거나 코어가 너무 단단하면 치아가 취성이 되어 파괴될 가능성이 높아집니다. 그리고 경도 구배는 부드럽게 떨어져야 합니다. 급격한 전이는 케이스 스폴링을 초래합니다.

세 가지 공정 비교

가치만 놓고 보면 침탄이 산업용 기어링의 기본으로 남아 있습니다. 질화는 변형이 거의 0에 가까워야 할 때 선택됩니다. 고주파 경화는 가격과 처리 시간이 결정 요인일 때 사용됩니다. 스퍼 기어와 헬리컬 기어 모두에 대해 PinyiGear는 치형 형상과 주문 수량에 맞춰 경로를 매칭합니다.

공정 세부 사항 및 파라미터 제어

침탄 및 담금질

기본 재료는 20CrMnTi 및 20CrMo와 같은 저탄소 및 저탄소 합금강입니다. 900–950 °C의 탄소가 풍부한 분위기에서 탄소가 표면층으로 확산됩니다. 담금질 냉각과 저온 뜨임이 뒤따릅니다. 모듈과 하중에 따라 침탄 깊이는 0.8~1.5 mm 사이로 설정됩니다. 표면 경도는 HRC 58–64에 도달하고 코어는 HRC 30–42입니다. 충격에 강한 코어 위에 내마모성 피부를 형성하는 것이 이 경로가 자동차 변속기 기어에 표준인 이유입니다.

질화

여기서 시작 소재는 중탄소 합금 또는 담금질 및 뜨임 강입니다. 예를 들어 40Cr 및 38CrMoAl입니다. 질소는 분해된 암모니아 분위기에서 500–550 °C에서 확산되며 이후 담금질이 없습니다. 침탄 깊이는 0.2–0.5 mm로 얕지만 표면 경도는 HV 800–1200으로 매우 높습니다. 변형이 최소이므로 공정을 라우팅의 마지막에 배치할 수 있어 정밀 기어 및 박벽 부품에 적합합니다.

고주파 경화

45강 및 40Cr과 같은 중탄소 및 중탄소 합금강이 여기에 적합합니다. 고주파 장이 플랭크를 담금질 온도로 올린 후 분무 냉각이 뒤따릅니다. 가열은 치아 표면에 국한되고 코어는 담금질 및 뜨임 상태를 유지합니다. 이 방법은 빠르고 국부적이며 제어 가능한 변형을 제공합니다. 대형 모듈 기어에 잘 맞습니다.

파라미터 제어

제조 순서에서의 위치

1. 절삭 → 단조 → 노멀라이징 / 담금질 및 뜨임 (HB 160–190)
2. 황삭 선반 → 호빙 또는 기어 셰이핑 (연삭 여유 0.2–0.4 mm 남김)
3. 침탄 또는 가스 질화, 앞서 선택한 대로
4. 마무리: 기어 연삭 (DIN 5–6) 또는 셰이빙 및 호닝 (DIN 6–7)
5. 최종 검사: 경도, 침탄 깊이, 금속 조직, 치형 및 리드 정밀도

질화는 부품을 거의 움직이지 않아 마무리 가공 후에 일정을 잡을 수 있으며 연삭 단계가 필요 없습니다. 침탄은 더 많이 움직이므로 여유를 남기고 연삭하는 것이 모두 필수입니다. PinyiGear는 샤프트 부품을 기어와 함께 한 열처리 사이클로 배치하여 재클램핑 오차를 줄입니다.

실무 노트 및 검사

• 침탄 깊이 선택: 모듈 기반 공식 적용, 침탄 깊이 ≈ (0.15–0.25)×m. 추가 깊이는 취성을 초래하고 불충분한 깊이는 내마모 수명을 감소시킵니다.
• 질화 한계: 얕은 층은 충격이 심한 곳에서는 배제되지만 내마모 및 내스커핑 성능이 우수하여 고속, 경하중 기어에 잘 맞습니다.
• 담금질 매체: 오일은 천천히 냉각하고 변형이 적습니다. 물은 더 빠르게 냉각하지만 균열 위험을 높입니다.
• 뜨임 시기: 담금질 후 2시간 이내에 뜨임을 완료하십시오. 그렇지 않으면 잔류 오스테나이트 변태로 균열 가능성이 증가합니다.
• 검사 범위: 열처리 후 표면 경도, 코어 경도, 유효 침탄 깊이 (HV 550 기준), 금속 조직 (마르텐사이트 등급, 잔류 오스테나이트 함량)을 확인하십시오.

선택 체크리스트

1. 모듈에서 시작: m ≥ 3 → 침탄; m ≤ 2의 얇은 고정밀 기어 → 질화.
2. 정밀도 목표: DIN 5–6은 침탄 변형을 제거하기 위해 연삭이 필요합니다. 질화는 연삭 없이 사용할 수 있습니다.
3. 주문 수량: 침탄 비용은 대량 배치에 잘 흡수됩니다. 단품 작업은 고주파 경화를 가리킵니다.
4. 하중 패턴: 심한 충격의 경우 침탄은 표면에 유리한 압축 응력을 형성합니다. 일정한 중하중의 경우 고주파 경화로 충분합니다.
5. 재료 가용성: 20CrMnTi는 현지에서 쉽게 조달할 수 있습니다. 42CrMo 단조품은 저렴하고 쉽게 구할 수 있습니다.
6. 문서화: 경도 구배 및 금속 조직 보고서가 지정된 경우 제어 분위기 침탄로를 사용하십시오.

PinyiGear 역량

정밀도 등급, 모듈, 잇수, 재료는 고객 도면 표기에 따릅니다.

• 모듈 범위 M0.5–M12, 최대 외경 Φ600 mm
• 치아 정밀도 DIN 5–8

웜 기어, 랙 및 전체 역량 범위도 이용 가능하며, 재료-공정-정밀도 패키지가 듀티 사이클에 맞춰 제공됩니다.

열처리 지침 및 가격을 찾고 계십니까? 재료 선택, 침탄 깊이 설계 및 가공 비용을 포함한 무료 평가를 위해 PinyiGear 기술 팀에 문의하십시오. dgpinyi.com 영어 사이트

한 줄로: 기어의 수명은 절반은 재료, 절반은 열처리입니다. 올바른 공정을 선택하고 파라미터를 면밀히 제어하면 재료가 가진 모든 것을 발휘할 것입니다.