연질 및 경질 기어 이면 선택: 350 HBW 임계값이 재료, 열처리 및 공정 경로를 어떻게 결정하는가

빠른 지침: 이면 경도를 먼저 고정한 다음 강을 선택하십시오. 일상 실무에서 350 HBW는 연질과 경질 이면의 분기점입니다. 연질 측에서는 담금질 및 템퍼링 경로가 사용됩니다: 45강은 약 217–255 HBW, 40Cr은 약 241–286 HBW, 42CrMo는 약 269–302 HBW이며, 공정은 “먼저 호빙하고 나중에 열처리"이므로 열처리 변형이 완성된 이 형상을 망치지 않고 비용도 적당합니다. 경질 측에서는 침탄 및 담금질이 적용됩니다: 20CrMnTi는 표면에서 58–62 HRC를 제공하고 심부는 30–45 HRC로 유지되며, 공정은 “먼저 열처리하고 나중에 연삭"으로 반전되어 단계와 비용이 추가되지만 동일 하중에서 더 컴팩트하고 가벼운 기어를 가능하게 합니다. 350 HBW 수치는 산업 관행이지 어떤 표준에 명시된 값이 아닙니다. 실제 사용에서는 속도, 하중, 충격 및 외형 한계와 균형을 맞춰야 합니다.

1. 침탄 및 담금질이 연성 심부 위에 경질 표면을 만드는 이유

침탄 및 담금질의 출발점은 저탄소강(탄소 0.15%–0.25%)으로, 탄소 함유 분위기에서 담가 탄소가 표면층에 침투하게 한 다음 담금질하고 저온에서 템퍼링합니다. 따라서 하나의 기어가 두 가지 상반된 특성을 갖게 됩니다: 표면 탄소는 약 0.8%로 상승하고 담금질 후 경도는 58–62 HRC에 도달하여 내마모성과 내압성을 제공합니다. 심부 탄소 수준은 본질적으로 변하지 않아 경도가 30–45 HRC이며 강도와 충격 파괴 저항을 제공합니다.

20CrMnTi에서 Ti와 Mn은 모두 경화능을 향상시키므로 더 두꺼운 단면도 완전히 경화될 수 있습니다. 중하중 기어의 경우 일반적으로 채택되는 유효 침탄 깊이는 0.8–1.5 mm입니다: 깊이가 불충분하면 경화층이 하중 아래에서 붕괴되고, 과도한 깊이는 비용을 높이고 실제로 충격 인성을 낮춥니다.

침탄은 한 가지 추가 이점을 제공합니다: 표면층의 마르텐사이트 변태가 잔류 압축 응력을 남기므로 이뿌리의 굽힘 피로가 동일 경도의 유도 경화 부품보다 더 예측 가능하게 작동합니다. 이것이 충격에 노출되는 변속기 — 자동차, 건설 기계 — 가 거의 항상 침탄강을 지정하는 이유입니다.

2. 기어 재료 및 경도 값 한눈에 보기

• 재료 45: 담금질 및 템퍼링
  • 이 표면 경도: 217–255 HBW
  • 일반 용도: 저속 및 경하중, 일반 기어
• 재료 40Cr: 담금질 및 템퍼링
  • 이 표면 경도: 241–286 HBW
  • 일반 용도: 중속 및 중하중, 공작 기계, 범용 감속기
• 재료 42CrMo: 담금질 및 템퍼링
  • 이 표면 경도: 269–302 HBW
  • 일반 용도: 대형 모듈, 중하중, 더 높은 강도 요구
• 재료 40Cr: 표면 담금질
  • 이 표면 경도: 45–55 HRC
  • 일반 용도: 중하중, 내마모성 요구
• 재료 20CrMnTi: 침탄 및 담금질
  • 이 표면 경도: 표면 58–62 HRC, 심부 30–45 HRC
  • 일반 용도: 고속 및 중하중, 충격 포함 (예: 자동차 변속기)
• 재료 QT600-3: 주조/노멀라이징
  • 이 표면 경도: 190–270 HBW
  • 일반 용도: 대형 저속 기어, 일체형 하우징 부품

위에 나열된 값은 관례적인 핸드북 범위입니다. 도면과 기술 합의가 최종 수치를 결정합니다.

3. 시작 결정: 연질 이면 또는 경질 이면

연질 이면 기어는 담금질 및 템퍼링 또는 노멀라이징 후 표면 경도가 350 HBW 미만으로 유지되는 기어입니다. 표면이 연질이고 접촉을 발전시키기 위해 길들이기에 의존합니다. 공정은 “먼저 호빙하고 나중에 열처리"이므로 열처리로 인한 변형이 이미 절삭된 이 형상의 정확도를 손상시키지 않고 비용도 적당하게 유지됩니다.

경질 이면 기어는 표면 경도가 350 HBW 이상(또는 45 HRC 이상)입니다. 표면이 경질이고 부하 용량이 높습니다. 동일 하중에서 기어는 더 작고 가볍게 제작될 수 있습니다. 그러나 공정은 반전됩니다 — 먼저 열처리하고 나중에 연삭 — 이는 작업을 추가하고 비용을 높입니다.

350 HBW 선은 어떤 표준에서 정의한 수치가 아니라 널리 적용되는 산업 관행입니다. 결정의 실제 동인은 속도, 하중, 충격의 존재 및 사용 가능한 설치 공간입니다.

4. 피해야 할 일반적인 함정

1. 강종만 제공하고 경도를 제공하지 않는 도면은 불완전합니다. 동일한 40Cr이 담금질 및 템퍼링 또는 표면 담금질의 두 경로를 따를 수 있으며 이면 경도는 거의 두 배 차이(241–286 HBW 대 45–55 HRC)이므로 공정 경로, 견적 및 리드 타임이 완전히 달라집니다.
2. 침탄 부품은 사전에 적절한 연삭 여유를 확보해야 합니다. 침탄 및 담금질 중 변형은 불가피하며 치아 연삭이 정확도의 최종 보증입니다. 침탄 부품의 여유는 일반적으로 담금질 및 템퍼링 부품보다 큽니다(중형 모듈의 경우 일반적으로 측면당 0.2–0.3 mm). 경화층이 연삭되어 제거되어서는 안 됩니다.
3. 소량 시험 생산의 경우 즉시 20CrMnTi를 선택하지 마십시오. 침탄 및 치아 연삭 주기는 몇 주로 측정됩니다. 하중이 적당하면 40Cr 또는 담금질 및 템퍼링된 45강으로 충분하고 비용이 적게 듭니다. 비싼 재료를 사는 것은 성과가 아닙니다. 올바른 재료를 사는 것이 성과입니다.

5. 명확한 재료 데이터는 명확한 가격의 기초입니다

자격을 갖춘 기어 도면은 재료 열에 최소 세 항목을 포함해야 합니다: 강종, 열처리 방법 및 경도 범위. 이 세 가지가 정해지면 공정 경로와 비용을 논의할 기초가 있습니다 — 평기어 및 헬리컬 원통 기어는 도면에 따라 제조되며, 가공 지원은 러프 호빙, 정밀 호빙, 기어 셰이빙 및 치아 연삭을 포괄하고, 열처리 및 검사 능력은 검사 및 품질 시스템 아래에 나타납니다.

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