Beste Materialien für Wellen: Kohlenstoffstahl, legierter Stahl, Sphäroguss

Warum sind bestimmte Werkstoffe für die Herstellung von Wellen ideal? Diese Frage ist für jeden, der sich mit mechanischer Konstruktion oder Maschinenbau beschäftigt, von entscheidender Bedeutung. Dieser Artikel befasst sich mit den Eigenschaften von Kohlenstoffstahl, legiertem Stahl und Sphäroguss und beschreibt ihre mechanischen Eigenschaften, ihre Eignung für verschiedene Belastungen und ihre spezifischen Anwendungen. Nach der Lektüre wissen Sie, warum diese Werkstoffe für verschiedene Wellentypen bevorzugt werden, und können so bei Ihren Konstruktionsprojekten fundierte Entscheidungen treffen.

Zuletzt aktualisiert:

Juni 28, 2024

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Inhaltsverzeichnis

Die gängigen Werkstoffe für Wellen sind Kohlenstoffbaustahl, legierter Stahl und Sphäroguss. Stahlwellenrohlinge sind meist gewalzter Rundstahl oder Schmiedestücke.

I. Kohlenstoffstahl

Hochwertiger Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (30~50) wird üblicherweise für relativ wichtige oder stark belastete Wellen verwendet, wobei Stahl 45 am weitesten verbreitet ist. Bei diesen Werkstoffen können die mechanischen Eigenschaften durch Wärmebehandlungsverfahren wie Vergüten oder Normalisieren verbessert und erhöht werden.

Gewöhnlicher Kohlenstoffstahl Q235, Q275 usw. kann für unbedeutende Wellen mit geringer Belastung und niedriger Geschwindigkeit oder für allgemeine Antriebswellen verwendet werden.

II. Legierter Stahl

Legierter Stahl verfügt über umfassendere mechanische Eigenschaften und bessere Wärmebehandlungseigenschaften. Daher kann für wichtige Wellen, die eine große Last tragen und in Gewicht und Größe begrenzt sind oder die hohe Anforderungen an Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit stellen, legierter Stahl verwendet und bestimmten Wärmebehandlungen unterzogen werden.

Es ist zu beachten:

Legierter Stahl reagiert empfindlicher auf Spannungskonzentrationen und ist teurer;
Da der Elastizitätsmodul von Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl bei normalen Temperaturen fast gleich ist, kann die Verwendung von legiertem Stahl anstelle von Kohlenstoffstahl nicht den Zweck der Verbesserung der Steifigkeit der Welle erfüllen;
Verschiedene Wärmebehandlungen, chemische Behandlungen und Oberflächenveredelungen (z. B. Kugelstrahlen, Walzen usw.) können die Ermüdungsfestigkeit oder die Verschleißfestigkeit der Welle erheblich verbessern, haben aber nur geringe Auswirkungen auf ihre Steifigkeit.

III. Sphäroguss

Sphäroguss eignet sich für die Herstellung von Wellen mit komplexen Formen wie Kurbelwellen, Nockenwellen usw. und hat die Vorteile, dass es kostengünstig ist, eine relativ hohe Festigkeit, gute Verschleißfestigkeit, Vibrationsdämpfung, Bearbeitbarkeit und eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Spannungskonzentrationen aufweist. Allerdings ist die Qualität der Gussteile nicht leicht zu kontrollieren, und die Zuverlässigkeit ist relativ gering.

Die gängigsten Werkstoffe für Wellen und ihre wichtigsten mechanischen Eigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.

Tabelle: Gängige Materialien für Wellen und ihre wichtigsten mechanischen Eigenschaften

Material		Wärmebehandlung	Rohling Durchmesser/mm	Härte HBW	Mechanische Eigenschaften/MPa				Bemerkungen
Kategorie	Klasse	Wärmebehandlung	Rohling Durchmesser/mm	Härte HBW	Bruchfestigkeit σ_b	Fließgrenze σ_s	Biegeermüdungsgrenze σ_-1	Schererschöpfungsgrenze τ_-1	Bemerkungen
Konstruktionsstahl aus Kohlenstoff	Q235	Luftgekühlt nach dem Warmwalzen oder Schmieden	≤100	-	400～420	225	170	105	Wird für Wellen verwendet, die nicht wichtig sind oder eine geringe Last tragen
	Q235	Luftgekühlt nach dem Warmwalzen oder Schmieden	>100～250	-	375～390	215	170	105
	45	Normalisierung	≤100	170～217	600	300	275	140	Am weitesten verbreitet
	45	Anlassen	≤200	217 ～ 255	650	360	300	155	Am weitesten verbreitet
Legierter Stahl	40Cr	Anlassen	≤100	241 ～ 266	750	550	350	200	Für wichtige Schächte, die größere Lasten ohne nennenswerte Stöße tragen
	40Cr	Anlassen	>100 ～ 300	241 ～ 266	700	550	340	185
	35SiMn (42SiMn)	Anlassen	≤100	229 ～ 286	800	520	400	205	Leistung nahe 40Cr, verwendet für mittlere und kleine Wellen
	35SiMn (42SiMn)	Anlassen	>100 ～ 300	217 ～ 269	750	450	350	185
	40MnB	Anlassen	25		1000	800	485	280	Leistung nahe an 40Cr, verwendet für wichtige Wellen
	40MnB	Anlassen	≤200	241 ～ 286	750	500	335	195	Leistung nahe an 40Cr, verwendet für wichtige Wellen
	20Kr	Aufkohlung Abschrecken Anlassen	15	Oberfläche 50 ～ 60HRC	850	550	375	215	Wird für Wellen verwendet, die sowohl hohe Festigkeit als auch Zähigkeit erfordern
	20Kr		≤60	Oberfläche 50 ～ 60HRC	650	400	280	160
	20CrMnTi		15	Oberfläche 50 ～ 62HRC	1100	850	525	300
Duktiler Guss Verformbares Eisen	QT400-15		-	156 ～ 197	400	300	145	125	Für die Herstellung von Wellen mit komplexen Formen
Duktiler Guss Verformbares Eisen	QT600-3		-	197 ～ 269	600	420	215	185	Für die Herstellung von Wellen mit komplexen Formen