Сопоставление марок сталей для шестерён: GB, DIN, JIS, AISI — пересчёт и риски замены

Одна и та же деталь зубчатого колеса: на китайском чертеже указана сталь 20CrMnTi, на чертеже немецкого заказчика — 16MnCr5 или 20MnCr5, на японском — SCM420, на американском — 8620. Эти четыре марки близки по смыслу, но их нельзя напрямую приравнивать друг к другу. Сопоставление марок — это отображение марки стали одной стандартной системы на более близкую марку другой системы по диапазону химического состава и требованиям к прокаливаемости; это приблизительное соответствие. А замена (использование другой марки вместо указанной на чертеже) требует дополнительной проверки верхних и нижних пределов состава, данных торцевой закалки, требований к неметаллическим включениям и параметров термообработки. Ниже приведены таблицы сопоставления четырёх систем для трёх категорий часто используемых зубчатых сталей — цементуемых, улучшаемых и азотируемых, диапазоны механических свойств марок GB, а также пять пунктов, которые необходимо проверить перед заменой.

I. Сначала чётко разграничим определения трёх терминов#

Сопоставление марок: по приблизительному соотношению диапазона химического состава и механических свойств марка стали одной стандартной системы ставится в соответствие более близкой марке другой системы. Оно даёт диапазон кандидатов, а не разрешение на замену.

Замена (замена материала): заказчик указывает на чертеже определённую марку, а поставщик изготавливает из другой марки. На этом этапе необходимо заново подтвердить состав, прокаливаемость, чистоту и технологию термообработки, и обычно требуется письменное подтверждение заказчика.

Прокаливаемость: способность стали приобретать закалённый слой определённой глубины при закалке, измеряется методом торцевой закалки (Джомини), в Китае — по GB/T 225. У двух марок с одинаковым или похожим названием кривые прокаливаемости могут различаться — это одна из наиболее проблемных позиций при замене.

II. Сопоставление цементуемых зубчатых сталей по четырём системам#

Позиции, отмеченные в таблице знаком «—», означают, что в данной системе нет широко распространённой марки, которую можно напрямую сопоставить; это не значит, что нельзя изготовить такое же зубчатое колесо из немецкой цементуемой стали, а означает, что необходимо пройти этап проверки прокаливаемости и состава и заменить её после подтверждения обеими сторонами. И наоборот, когда заказчик указывает немецкие цементуемые стали типа 16MnCr5, 20MnCr5, поставщик также должен сначала посмотреть размер сечения и требуемую глубину упрочнённого слоя, а затем решать, какую выбрать.

III. Сопоставление улучшаемых зубчатых сталей по четырём системам#

Соответствия в разделе улучшаемых сталей более стройные, чем у цементуемых, поскольку хромсодержащие и молибденсодержащие улучшаемые стали имеют зрелые серии в каждой системе. Но следует учитывать: хотя соответствие между сталью 45 и C45, S45C встречается часто, сама сталь 45 имеет ограниченную прокаливаемость, и при большом сечении падение твёрдости по сечению выражено сильнее, чем у 42CrMo; при улучшении крупносекционных деталей из стали 45 следует быть осторожным.

IV. Сопоставление азотируемых зубчатых сталей#

Азотируемых сталей в каждой системе немного, выбор меньше, чем у цементуемых. Преимущество азотирования — малая деформация и высокая твёрдость поверхности зубьев; оно часто применяется для прецизионных деталей, которые после термообработки неудобно шлифовать по зубьям, но ценой является тонкий упрочнённый слой, что не подходит для условий сильных ударных нагрузок.

V. Диапазоны механических свойств распространённых марок GB#

Данные служат для быстрой оценки класса марки; конкретные значения определяются по сертификату качества металлургического завода и входному контролю.

Из этой таблицы видна закономерность: прочность цементуемых сталей достигается за счёт поверхностного упрочнённого слоя, а твёрдость сердцевины удерживается в пределах 30~45 HRC для сохранения вязкости; прочность улучшаемых сталей достигается объёмной прокаливаемостью, твёрдость находится в диапазоне 240~320 HB. Основанием для выбора одного из двух подходов служит то, что более критично — контактное напряжение на поверхности зуба или напряжение изгиба у ножки зуба, а не то, какая марка звучит «более высококлассно».

VI. Твёрдость — общая единица для межсистемного сравнения#

Чертежи разных систем могут обозначать твёрдость в HRC, HB, HV соответственно; при совместной проверке одной и той же детали зубчатого колеса необходимо пересчитывать. Распространённые диапазоны (приблизительные значения):

Часто встречающиеся диапазоны требований к твёрдости зубчатых колёс:

Соотношения пересчёта справедливы лишь в приблизительном диапазоне: при HRC ниже 20 следует переходить на шкалу HRB; при HB ниже 450 HRC и HB можно приблизительно оценивать по формуле HRC ≈ (HB − 200) / 10. В области твёрдости ниже 20 HRC измерение по шкале Роквелла C даёт большую погрешность, поэтому при приёмке следует оговаривать шкалу измерения.

VII. Пять пунктов, которые нужно проверить перед заменой#

VIII. Практический опыт#

По экспортным заказам сначала спросите заказчика, по какой системе он принимает. На чертеже написано 20CrMnTi, но заказчик в Германии принимает по немецкому стандарту — проблема часто не в том, можно ли изготовить, а в том, по каким значениям сдавать на контроль. Добавить в техническое соглашение одну фразу о номере стандарта материала и диапазоне состава проще, чем потом спорить.

Данные торцевой закалки надёжнее названия марки. Одна и та же марка от разных металлургических заводов имеет разную ширину полосы прокаливаемости. Для деталей с требованиями к прокаливаемости включайте значения J в требования к закупке и сверяйте их при входном контроле — это надёжнее, чем смотреть только на марку в сертификате качества.

При смене материала нужно менять и параметры термообработки. После замены изменить только обозначение на чертеже, а процесс цементации оставить прежним — распространённый источник серийных отклонений: изменилось содержание никеля, и при том же углеродном потенциале и времени глубина упрочнённого слоя тоже изменится.

В протоколе испытаний полностью указывайте марку, номер стандарта, состояние термообработки. При приёмке на экспорт, если в протоколе указано только «легированная сталь, HRC58», заказчик не сможет сопоставить это с требованиями своего чертежа; при полном указании всех трёх пунктов цепочка прослеживаемости замыкается.

От марки материала до готового зубчатого колеса нужно пройти несколько этапов: обработка и контроль точности прямозубых зубчатых колёс , токарная и фрезерная обработка валовых передач и термообработка и прецизионная механообработка и зубошлифование . Материал стандартных серийных деталей (например, зубчатых реек) непосредственно заложен в обозначении: в GY-CSTGH-020-10-S позиция материала C обозначает S45C, M — SCM440, код размера 020 — модуль M2, 10 — длина 1000 мм. Если требуется инженерная оценка по материалу и термообработке согласно чертежу, можно связаться с нами .