Najlepsze materiały na wały: Stal węglowa, stal stopowa, żeliwo sferoidalne

Co sprawia, że niektóre materiały są idealne do produkcji wałów? To pytanie jest kluczowe dla każdego, kto zajmuje się projektowaniem mechanicznym lub inżynierią. Niniejszy artykuł przedstawia charakterystykę stali węglowej, stali stopowej i żeliwa sferoidalnego, szczegółowo opisując ich właściwości mechaniczne, przydatność do różnych obciążeń i konkretne zastosowania. Dzięki lekturze uzyskasz wgląd w to, dlaczego te materiały są preferowane dla różnych typów wałów, pomagając w podejmowaniu świadomych decyzji w projektach inżynieryjnych.

Ostatnia aktualizacja:

28 czerwca 2024 r.

Udostępnij swoje polubienie:

Spis treści

Powszechnie stosowanymi materiałami do produkcji wałów są stal konstrukcyjna węglowa, stal stopowa i żeliwo sferoidalne. Stalowe półfabrykaty wałów to głównie walcowana stal okrągła lub odkuwki.

I. Stal węglowa

Wysokiej jakości stal średniowęglowa 30 ~ 50 jest powszechnie stosowana do stosunkowo ważnych lub mocno obciążonych wałów, wśród których najczęściej stosowana jest stal 45. W przypadku takich materiałów ich właściwości mechaniczne można poprawić i wzmocnić za pomocą metod obróbki cieplnej, takich jak hartowanie i odpuszczanie lub normalizowanie.

Zwykła stal węglowa Q235, Q275 itp. może być używana do nieistotnych lekkich wałów o niskiej prędkości lub ogólnych wałów napędowych.

II. Stal stopowa

Stal stopowa ma wyższe kompleksowe właściwości mechaniczne i lepszą wydajność obróbki cieplnej. Dlatego w przypadku ważnych wałów, które przenoszą duże obciążenia i mają ograniczoną wagę i rozmiar lub mają wysoką odporność na zużycie i odporność na korozję, można zastosować stal stopową i poddać ją określonej obróbce cieplnej.

Należy zauważyć, że:

Stal stopowa jest bardziej wrażliwa na koncentrację naprężeń i jest droższa;
Ponieważ moduł sprężystości stali węglowej i stali stopowej jest prawie taki sam w normalnych temperaturach, użycie stali stopowej zamiast stali węglowej nie może poprawić sztywności wału;
Różne obróbki cieplne, chemiczne i wzmacniające powierzchnię (takie jak śrutowanie, walcowanie itp.) mogą znacznie poprawić wytrzymałość zmęczeniową lub odporność na zużycie wału, ale mają niewielki wpływ na jego sztywność.

III. Żeliwo sferoidalne

Żeliwo sferoidalne nadaje się do produkcji wałów o skomplikowanych kształtach, takich jak wały korbowe, wałki rozrządu itp. i ma zalety w postaci niskiej ceny, stosunkowo wysokiej wytrzymałości, dobrej odporności na zużycie, pochłaniania drgań, skrawalności i mniejszej wrażliwości na koncentrację naprężeń. Jednak jakość odlewów nie jest łatwa do kontrolowania, a niezawodność jest stosunkowo niska.

Powszechnie stosowane materiały na wały i ich główne właściwości mechaniczne przedstawiono w poniższej tabeli.

Tabela: Typowe materiały na wały i ich główne właściwości mechaniczne

Materiał		Obróbka cieplna	Pusty Średnica/mm	Twardość HBW	Właściwości mechaniczne/MPa				Uwagi
Kategoria	Klasa	Obróbka cieplna	Pusty Średnica/mm	Twardość HBW	Najwyższa wytrzymałość σ_b	Granica plastyczności σ_s	Granica zmęczenia przy zginaniu σ_-1	Granica zmęczenia przy ścinaniu τ_-1	Uwagi
Stal węglowa konstrukcyjna	Q235	Chłodzenie powietrzem po walcowaniu na gorąco lub kuciu	≤100	-	400～420	225	170	105	Używany do wałów, które nie są ważne lub przenoszą niewielkie obciążenia
	Q235	Chłodzenie powietrzem po walcowaniu na gorąco lub kuciu	>100～250	-	375～390	215	170	105
	45	Normalizacja	≤100	170～217	600	300	275	140	Najczęściej używane
	45	Odpuszczanie	≤200	217 ～ 255	650	360	300	155	Najczęściej używane
Stal stopowa	40Cr	Odpuszczanie	≤100	241 ～ 266	750	550	350	200	Używany do ważnych wałów przenoszących większe obciążenia bez znaczącego uderzenia
	40Cr	Odpuszczanie	>100 ～ 300	241 ～ 266	700	550	340	185
	35SiMn (42SiMn)	Odpuszczanie	≤100	229 ～ 286	800	520	400	205	Wydajność zbliżona do 40Cr, stosowana do średnich i małych wałów
	35SiMn (42SiMn)	Odpuszczanie	>100 ～ 300	217 ～ 269	750	450	350	185
	40MnB	Odpuszczanie	25		1000	800	485	280	Wydajność zbliżona do 40Cr, stosowana do ważnych wałów
	40MnB	Odpuszczanie	≤200	241 ～ 286	750	500	335	195	Wydajność zbliżona do 40Cr, stosowana do ważnych wałów
	20Cr	Nawęglanie Hartowanie Odpuszczanie	15	Powierzchnia 50 ～ 60HRC	850	550	375	215	Stosowany do wałów wymagających zarówno wysokiej wytrzymałości, jak i twardości.
	20Cr		≤60	Powierzchnia 50 ～ 60HRC	650	400	280	160
	20CrMnTi		15	Powierzchnia 50 ～ 62HRC	1100	850	525	300
Odlew ciągliwy Żeliwo ciągliwe	QT400-15		-	156 ～ 197	400	300	145	125	Używany do produkcji wałów o skomplikowanych kształtach
Odlew ciągliwy Żeliwo ciągliwe	QT600-3		-	197 ～ 269	600	420	215	185	Używany do produkcji wałów o skomplikowanych kształtach