Como um componente-chave dos sistemas de transmissão industriais, a seleção do material de uma caixa de engrenagens afeta diretamente sua capacidade-de carga, resistência ao desgaste, resistência à fadiga e adaptabilidade ambiental, determinando assim a estabilidade geral e a vida útil da máquina. Selecionar materiais de forma científica e racional e complementá-los com técnicas de processamento apropriadas sob diferentes condições de trabalho e requisitos de desempenho é o pré-requisito fundamental para criar caixas de engrenagens de alta-qualidade.
As engrenagens são os principais componentes-de suporte de carga de uma caixa de engrenagens, exigindo alta dureza superficial e boa tenacidade do núcleo. A indústria geralmente usa ligas de aços estruturais de alta-qualidade, como 20CrMnTi, 20CrMo e 18CrNiMo7-6. Após a cementação e a têmpera, esses materiais podem atingir uma dureza superficial de 58 ~ 62HRC, melhorando significativamente a resistência ao desgaste e à corrosão por pites, enquanto o núcleo retém tenacidade suficiente para suportar cargas de impacto. Para engrenagens de-módulos grandes e de carga-pesada, ligas de aço contendo níquel e cromo são frequentemente selecionadas para melhorar a resistência à fadiga e a temperabilidade, garantindo desempenho uniforme em áreas de seção espessa. O aço-liga de baixo-carbono, devido à sua mínima deformação após tratamento térmico e boa processabilidade, é amplamente utilizado na fabricação de engrenagens de alta precisão com módulos pequenos e médios.
A carcaça da caixa de engrenagens, como esqueleto que suporta e protege os componentes internos da transmissão, precisa possuir alta rigidez, bom amortecimento de vibrações e boa conformabilidade. Os ferros fundidos cinzentos HT250 e HT300 são amplamente utilizados em carcaças de caixas de engrenagens para condições gerais de operação devido ao seu excelente desempenho de absorção de vibração, resistência ao desgaste e adequação de fundição. Em temperaturas médias-altas, cargas- pesadas ou aplicações que exigem maior resistência, o ferro dúctil QT400-15 e QT500-7 pode fornecer maior resistência à tração e ao impacto. Para requisitos especiais de leveza ou resistência à corrosão, podem ser selecionadas estruturas de aço soldadas ou carcaças de liga de alumínio, mas a rigidez insuficiente deve ser compensada através de nervuras e divisórias de reforço, e o impacto das diferenças de expansão térmica na precisão da malha deve ser considerado.
As peças do eixo suportam principalmente torque e momento de flexão e são comumente fabricadas usando aços temperados e revenidos, como aço 45, 40Cr ou 42CrMo. Após têmpera e revenido, o material atinge excelentes propriedades mecânicas abrangentes, garantindo estabilidade dimensional e resistência à fadiga sob rotação de alta-velocidade e condições de carga variável. Para componentes de eixo com cargas extremamente pesadas-ou alta-velocidade, o endurecimento superficial ou a nitretação podem ser usados para melhorar a dureza superficial e a resistência ao desgaste, ao mesmo tempo que reduz a perda por atrito.
O material dos componentes auxiliares, como rolamentos e fixadores, é igualmente crucial. Os rolamentos geralmente usam aço para rolamentos com alto teor de carbono e cromo, como GCr15, para garantir alta resistência ao desgaste e longa vida útil à fadiga dos elementos rolantes e das pistas; aço estrutural de alta-resistência é usado para fabricar fixadores como parafusos e pinos, garantindo conexões confiáveis e durabilidade contra afrouxamento em ambientes de vibração e impacto.
Sob condições operacionais especiais, como ambientes de alta-temperatura, altamente corrosivos ou de temperatura-extremamente baixa, a resistência à temperatura e à corrosão do material também devem ser consideradas. Por exemplo, em plataformas offshore ou equipamentos químicos, as engrenagens ou carcaças podem ser revestidas de aço inoxidável ou com superfície revestida; em equipamentos que operam em regiões frias, aços-liga verificados para impacto em baixa-temperatura devem ser selecionados para evitar o risco de fratura frágil-em baixa temperatura.
No geral, a seleção dos materiais da caixa de engrenagens requer uma consideração abrangente das características de carga, temperatura operacional, meio ambiente e requisitos de processamento. As engrenagens são feitas de liga de aço carburizado para atingir dureza e tenacidade. A carcaça da caixa de engrenagens equilibra rigidez e capacidade de fabricação entre ferro fundido, aço fundido e liga leve, dependendo das condições de operação. Os eixos são feitos de aço temperado e revenido para garantir resistência geral, e os rolamentos e fixadores são feitos de materiais especiais para garantir confiabilidade geral. A correspondência científica e razoável de materiais e o processo de tratamento térmico correspondente são a base sólida para o redutor alcançar alto desempenho e longa vida útil, e também fornecer suporte de transmissão contínuo e estável para equipamentos em diferentes campos.