기어강 비교: 20CrMnTi, 40Cr, 42CrMo 및 17CrNiMo6

열처리 경로가 먼저이고, 강종 이름은 그 다음이다

어떤 강종도 그 자체로 기어의 성능을 결정하지 않는다. 성능을 결정하는 것은 강종과 열처리의 조합이다. 40Cr 봉재 하나를 생각해보자. 조질 처리하거나 표면 경화하면 두 결과는 두 배 이상 차이가 난다.

대부분의 작업은 세 가지 경로로 설명된다:

• 조질 (Q&T) — 부품을 담금질한 후 승온에서 유지하여 템퍼드 소르바이트를 생성한다. HB 240–320이 일반적인 경도 범위이다. 연성과 강도를 동시에 얻을 수 있어, 측면이 특별히 단단할 필요가 없는 저속 및 중속 기어에 충분하다.
• 침탄 및 담금질 — 저탄소 강종을 탄소가 풍부한 분위기에서 920–950°C로 유지한 후 담금질한다. 탄소는 측면을 마르텐사이트로 변화시키고 내부는 저탄소 상태로 연성을 유지한다: 연한 심재 위에 단단한 표면. 심한 접촉 응력을 받는 기어에 자연스럽게 적용된다.
• 질화 — 약 500–570°C에서 암모니아 함유 가스가 질소를 표면으로 침투시켜 질화 경화층을 만든다. 온도가 낮아 변형이 적지만, 층이 얕아(일반적으로 0.3–0.6 mm) 최종 연삭이 필요 없는 소형 모듈 정밀 기어에 제한된다.

결정 순서: 먼저 뿌리 굽힘 응력과 측면 접촉 응력을 계산한다. 이를 통해 표면을 경화해야 하는지 알 수 있다. 경화해야 한다면 다음 질문은 침탄강인지 질화강인지이다.

요약: 강종보다 열처리 경로를 먼저 결정하라. 중간 하중의 저속 및 중속 기어는 일반적으로 조질 40Cr(조질 후 HB 260–300)로 충분하다. 단면이 더 크고 무거운 경우에는 42CrMo(HB 280–320)가 대신한다. 중하중에서 단단한 측면이 필수적인 경우에는 침탄하라: 20CrMnTi는 표면 HRC 58–62, 심부 HRC 30–42를 제공한다. 변형이 우려되는 소형 모듈 정밀 기어에는 38CrMoAl 질화가 적합하며, 표면 경도는 약 HV 950–1100이다. 동일한 블랭크에서 침탄강은 조질강보다 약 1.3–1.5배의 비용이 든다 — 재료 선택은 본질적으로 피로 수명을 얻기 위해 더 많은 비용을 지불하는 것이다.

일반적인 기어강을 작업에 맞추기

이 비용은 동일한 블랭크 크기를 가정하며 열처리 비용은 포함하지 않는다. 침탄강의 프리미엄으로 구매하는 것은 접촉 피로 수명이다: 동일 하중에서 침탄 측면은 일반적으로 조질 측면보다 한 등급 더 피팅을 견딘다.

40Cr과 42CrMo: 조질 쌍

중국에서 40Cr은 가장 흔히 볼 수 있는 조질 기어강이다 — 저렴하고 구하기 쉽다. 42CrMo는 더 깊게 경화되므로 두꺼운 단면도 완전히 경화된다. 그 특성 때문에 대형 모듈 및 대구경 축 기어에 사용된다. 하중이 중간이고 모듈이 8 미만이며 면폭이 제한적인 경우, 조질 40Cr이 일반적으로 충분하다.

20CrMnTi과 17CrNiMo6: 침탄 쌍

20CrMnTi의 경화능은 보통이지만, 오일 담금질로도 필요한 경도를 얻을 수 있다 — 이것이 중국에서 중소형 모듈 중하중 기어를 지배하고 자동차 변속기 및 맞춤 기어 작업에 반복적으로 등장하는 이유이다. 더 깊은 경화와 더 인성 있는 심부가 17CrNiMo6의 장점이며, 이는 대형 모듈과 강한 충격 하중에 적합하지만 가격이 더 높다.

38CrMoAl: 질화 선택

질화된 38CrMoAl 부품은 높은 표면 경도와 최소한의 변형을 결합하며, 최종 연삭이 보통 필요하지 않다. 얕은 경화층이 단점이다: 접촉 피로 용량이 제한되어 심한 측면 하중에는 부적합하다. 접촉 응력 계산이 한계 이하로 유지되는 경우에만 사용하라.

완전한 도면은 재료를 완전히 명시한다

완성된 기어 도면의 재료 블록에는 세 가지 항목이 있다: 강종, 열처리, 경도 범위. 열처리를 빼고 “40Cr"만 쓰면 공급업체가 추측하게 되고 검수는 분쟁으로 변한다.

강재 공급업체로부터 밀 시트를 받아라 — 열번호, 화학 조성, 매크로 구조 — 일반적으로 GB/T 3077에 따른다. 동일 강종이라도 밀마다 경화능 밴드가 다르므로, 양산에서는 단일 밀을 고정하라.

실무 노트: 우리의 정밀 기어 가공 단계에서 도면 승인 시 세 가지를 확인한다: 측면 접촉 응력이 재료의 허용 값 이하로 유지되는가, 모듈과 면폭이 암시하는 단면 크기가 경화능 범위 내에 있는가, 경도 요구 사항과 측정 위치가 명시되어 있는가. 재작업은 보통 가공이 아니라 재료나 주석에서 비롯된다. 우리가 실행하는 모든 침탄 배치는 동반 시험편을 포함한다; CHD와 표면 경도를 측정하고 기록을 보관하여 나중에 실패를 열처리로 추적할 수 있다. 선택 옵션을 검토하려면 기어 제품 범위를 둘러보라; 공정 정보는 우리의 역량 페이지에 있다.

잘못된 재료는 고장으로 나타난다

우리 기록에는 세 가지 교훈적인 작업이 있다:

1. 20CrMnTi가 지정된 곳에 40Cr 사용. 약 2,000 가동 시간 후 감속기 출력 기어에 피팅이 발생했다. HB 285에서 조질 40Cr 측면의 접촉 피로 강도는 침탄층보다 낮으므로 결과는 예측 가능했다 — 아무도 도면에서 접촉 응력 검사를 하지 않았다.
2. 20CrMnTi로 침탄한 대형 모듈 기어. 모듈 12, 면폭 120 mm 기어의 심부 경도가 HRC 25–28에 불과하여 HRC 30 요구 사항에 미달했다; 따라서 뿌리 굽힘 강도가 부족하고 치아 파괴 위험이 높아졌다. 두꺼운 단면은 20CrMnTi에서 완전히 경화되지 않는다; 이 작업에는 17CrNiMo6가 필요했다.
3. 표면 경화 없는 40Cr 조질, 측면 마모. 측면이 빠르게 움직이고 미끄럼 비율이 높은 곳에서 조질 경도는 마모에 대한 방어를 제공하지 않는다. HRC 45–52로 유도 표면 경화하여 문제를 해결했다.

처음부터 잘못된 재료를 다운스트림에서 만회할 수 있는 방법은 없다.

PinyiGear — 정밀 기어 드라이브 및 가공 솔루션 | 우리의 역량 | 기어 제품 카테고리