Залежно від твердості (або термообробки) сталеві зубчасті колеса поділяють на дві основні групи: твердістю # ^ 350 НВ - зубчасті колеса, нормалізовані або поліпшені; Твердістю Н> 350 НВ - з об'ємною загартуванням, загартуванням ТВЧ, цементацией, азотуванням і ін. Ці групи різні по тих-нології, здатності навантаження і здатності до заробляння.
Твердість матеріалу 350 НВ дозволяє виробляти чисто-ше нарізування зубів після термообробки. При цьому можна напів-чать високу точність без застосування дорогих оздоблювальних опера-цій (шліфування, притирання і т. П.). Колеса цієї групи добре прірабативаются і не схильні до крихкого руйнування при ді-наміческіх навантаженнях. Для кращої підробітки зубів твердість шестерні рекомендують призначати більше твердості колеса не ме-неї ніж на 10. 15 одиниць:
#,> # 2 + (10. 15) НВ. (8.54)
Технологічні переваги матеріалу при Н<350 НВ обес-печили ему широкое распространение в условиях индивидуального и мелкосерийного производства, в мало - и средненагруженных пе-редачах, а также в передачах с большими колесами, термическая обработка которых затруднена.
При Н> 350 НВ (друга група матеріалів) твердість виражені-ється зазвичай в одиницях Роквелла - HRC (1HRC «10 НВ, точніше см. Рис. 8.40).
Спеціальні види термообробки дозволяють отримати твер-дість Н = (50. 60) HRC. При цьому (див. Табл. 8.8) допустимі контактні напруги збільшуються до двох разів, а здатність навантаження передачі - до чотирьох разів [см. формулу (8.11)] в порівнянні з нормалізованими або поліпшеними сталями. Віз-розтануть також зносостійкість і стійкість проти заїдання.
Застосування високотвердих матеріалів є великим резер-вом підвищення здатності навантаження зубчастих передач.Однако з високою твердістю пов'язані деякі додаткові важко-сті:
1. високотверді матеріали погано прірабативаются, тому вони вимагають підвищеної точності виготовлення, підвищеної ж-жорсткості валів і опор, бажано фланкування зубів прямозу-Бих коліс.
2. Нарізання зубів при високій твердості утруднено, тому термообробку виконують після нарізування. Деякі види тер-мообработкі (об'ємна гарт, цементація) супроводжуються зна-ве викривленням зубів. Для виправлення форми зубів потрібні додаткові операції: шліфування, притирання, обкатка і т. П. Ці труднощі простіше подолати в умовах крупносерій-ного і масового виробництва, коли окупаються витрати на спеці-ально обладнання, інструменти та пристосування. У виробах великосерійного і масового виробництва застосовують, як прави-ло, колеса з високотверді зубами.
Недоліки об'ємної гарту: викривлення зубів і необхід-ність наступних оздоблювальних операцій, зниження згинальної міцності при ударних навантаженнях (матеріал набуває хруп-кістка); обмеження розмірів заготовок, які можуть сприйнятий-мати об'ємну загартування (див. розмір S в табл. 8.7). Останнє пов'язано з тим, що для отримання необхідної твердості при загартуванню швидкість охолодження не повинна бути нижче критичної. Зі збільшенням розмірів перетинів деталі швидкість охолодження пада-ет, і якщо вона буде менше критичної, то вийде так називаючи-ється м'яка гарт. М'яка гарт дає знижену твер-дість.
Об'ємну загартування в багатьох випадках замінюють поверхност-ними термічними і хіміко-термічними видами обробки, які забезпечують високу поверхневу твердість (високу контактну міцність) при збереженні в'язкої серцевини зуба (високої згинальної міцності при ударних навантаженнях).
Поверхневе загартування струмами високої частоти (ТВЧ) або полум'ям ацетиленового пальника забезпечує H = (48. 54) HRC і може бути застосована для порівняно великих зубів (т ^ 5 мм). При малих модулях небезпечно прожарювання зуба наскрізь, що робить зуб тендітним і супроводжується його викривленням. При відносно тонкому поверхневому загартуванні зуб спотворюється мало. І все ж без додаткових оздоблювальних операцій важко забезпечити сте-пень точності вище 8-й. Загартування ТВЧ вимагає спеціального обладнання для-нання і суворого дотримання режимів обробки. Вартість обробки ТВЧ значно зростає зі збільшенням розмірів коліс. Для поверхневого гартування використовують стали 40Х, 40ХН, 45 та ін.
Цементація (насичення вуглецем поверхневого шару з по-наступній загартуванням) - тривалий і дорогий процес. Однак вона забезпечує дуже високу твердість (58. 63HRC). При за-Калці після цементації форма зуба спотворюється, а тому требу-ються оздоблювальні операції. Для цементації застосовують нізкоуг-леродістие стали прості (15 і 20) і леговані (20Х, 12ХНЗА і ін.). Леговані стали забезпечують підвищену міцність серцевини і цим оберігають продавлювання крихкого поверх-ностного шару при перевантаженнях. Глибина цементації близько 0,1. 0,15 від товщини зуба, але не більше 1,5. 2 мм.
Нітроцементація - насичення вуглецем в газовому середовищі. При цьому в порівнянні з цементацією скорочуються тривалість і вартість процесу, зміцнюється тонкий поверхневий шар (0,3. 0,8 мм) до 60. 63 HRC, викривлення зменшується, що позволя-ет позбутися подальшого шліфування. Нітроцементація зручна в масовому виробництві і отримала широке застосування в редукторах загального призначення, в автомобілебудуванні та інших галузях - матеріали 25ХГМ, 25ХГТ і ін.
Азотування (насичення поверхневого шару азотом) забезпе-безпечує не меншу твердість, ніж при цементації. Мала тол-щина твердого шару (близько 0,1. 0,6 мм) робить зуби чувствитель-ними до перевантажень і непридатними для роботи в умовах підвищена-шенного абразивного зносу (наприклад, поганий захист від забруднення-ня). Ступінь викривлення при азотуванні мала. Тому цей вид термообробки особливо доцільно застосовувати в тих ви-чаях, коли важко виконати шліфування зубів (наприклад, коле-са з внутрішніми зубами). Для азотіруемих коліс застосовують молибденовую сталь 38ХМЮА або її замінники 38ХВФЮА і 38ХЮА. Заготівлю зубчастого колеса, призначеного для азо-вання, піддають поліпшенню з метою підвищення міцності серцевини.
При відсутності абразивного зносу доцільно застосовувати так зване м'яке азотування на глибину 10. 15 мкм. Воно значно простіше, забезпечує мінімальне викривлення і позво-ляет отримувати зуби 7-го ступеня точності без оздоблювальних операцій. Для м'якого азотування застосовують поліпшені хромисті ста-ли типу 40Х, 40ХФА, 40Х2НМА.
Залежно від способу отримання заготовки розрізняють чи-ті, ковані, штамповані колеса і колеса, виготовлені з круглого прокату. Сталеве лиття має знижену міцно-стю і використовується зазвичай для коліс великих розмірів, робота-чих в парі з кованої шестернею.
Чавун застосовують головним чином для виготовлення крупнога-барітних, тихохідних коліс і коліс відкритих зубчастих передач. Основний недолік чавуну - знижена міцність по напряже-нию вигину. Однак чавун добре протистоїть усталостному викришування і заїдання в умовах мізерної змащення. Він не дорогий і має гарні ливарні властивості, добре обробляючи-ється. Розроблені нові сорти модифікованого чавуну по-зволяют чавунному лиття конкурувати зі сталевим литтям так-же і в закритих передачах. Для виготовлення зубчастих коліс застосовують сірий і модифікований чавун, а також магнієвий чавун з кулястим графітом (див. ГОСТ 1412 - 85).