Materialul unei roți dințate decide cât duce, cât ține și cum se fabrică. În atelierele de prelucrări mecanice, trei oțeluri acoperă majoritatea pieselor: 42CrMo4, 16MnCr5 și C45. Ghidul compară compoziția, tratamentele termice, duritățile și aplicațiile lor, ca să alegi corect înainte de danturare.
Pe scurt: ce oțel pentru ce roată
| Oțel | Tip | Echivalent aproximativ | Tratament uzual | Duritate pe flanc | Potrivit pentru |
|---|---|---|---|---|---|
| 42CrMo4 (1.7225) | aliat, de îmbunătățire | AISI 4140 | îmbunătățire, opțional călire prin inducție | circa 28–34 HRC îmbunătățit; 50–56 HRC călit prin inducție | pinioane și roți de reductor încărcate, arbori canelați |
| 16MnCr5 (1.7131) | aliat, de cementare | AISI 5115 | cementare, călire, revenire joasă | circa 58–62 HRC la suprafață | cutii de viteze, reductoare cu uzură mare, roți de pompă |
| 20MnCr5 (1.7147) | aliat, de cementare | AISI 5120 | cementare, călire, revenire joasă | circa 58–62 HRC la suprafață | roți mai mari sau mai încărcate decât cele din 16MnCr5 |
| C45 (1.0503) | carbon, de îmbunătățire | AISI 1045 | normalizare sau îmbunătățire, opțional călire prin inducție | circa 170–210 HB normalizat; 50–55 HRC călit prin inducție | sarcini moderate, piese de schimb uzuale, roți mari |
Valorile de duritate sunt orientative și depind de dimensiunea piesei și de parametrii tratamentului.
42CrMo4: oțelul de îmbunătățire pentru roți încărcate
42CrMo4 este un oțel aliat cu crom și molibden (aproximativ 0,38–0,45% C, 0,90–1,20% Cr, 0,15–0,30% Mo, conform EN 10083-3). Molibdenul îi dă călibilitate bună și rezistență la revenire, deci proprietăți uniforme și pe secțiuni mai groase.
Se livrează des deja îmbunătățit (călit și revenit), cu o rezistență la tracțiune de circa 900–1.200 MPa, în funcție de diametru. În starea aceasta se poate dantura direct, fără tratament ulterior. Pentru o suprafață dură, flancurile se călesc prin inducție după danturare, iar miezul rămâne tenace.
Când îl alegi: pinioane de reductor, roți cu sarcini mari și șocuri, arbori canelați, roți la care vrei să eviți deformarea de la cementare.
16MnCr5 și 20MnCr5: oțelurile de cementare
16MnCr5 (aproximativ 0,14–0,19% C, 1,00–1,30% Mn, 0,80–1,10% Cr, EN 10084) are puțin carbon. Prin cementare, stratul de la suprafață se îmbogățește în carbon, iar după călire și revenire joasă devine foarte dur, în jur de 58–62 HRC, în timp ce miezul rămâne tenace. Combinația rezistă la uzura flancurilor și la ruperea dinților.
20MnCr5 are puțin mai mult carbon și mangan, deci un miez mai rezistent; se folosește pentru roți mai mari sau mai încărcate. O regulă orientativă des folosită: adâncimea stratului cementat în jur de 0,15 × modul.
Când le alegi: roți de cutii de viteze, reductoare cu uzură mare pe flancuri, roți de pompe cu roți dințate, orice angrenaj la care contează durata de viață.
Tratamentul produce mici deformări. Când se cere precizie mare, flancurile se rectifică după călire.
C45: oțelul carbon pentru sarcini moderate
C45 (aproximativ 0,42–0,50% C, 0,50–0,80% Mn, EN 10083-2) este oțelul carbon de calitate cel mai folosit în construcția de mașini. Se prelucrează ușor, e ieftin și se găsește peste tot. Normalizat, are o duritate de circa 170–210 HB; flancurile se pot căli prin inducție până la circa 50–55 HRC.
Când îl alegi: roți cu sarcină moderată, piese de schimb pentru utilaje vechi, roți mari și lente, prototipuri.
Ordinea operațiilor: când se face tratamentul termic
- Debitare și strunjire a semifabricatului la diametrul exterior și la lățime, cu adaos pentru rectificare dacă e cazul.
- Îmbunătățire, dacă materialul nu vine îmbunătățit (la 42CrMo4 și C45).
- Danturare pe mașina de danturat, cu freză melc.
- Tratament termic final: cementare și călire (16MnCr5, 20MnCr5) sau călire prin inducție a flancurilor (42CrMo4, C45).
- Rectificare a flancurilor și a alezajului, când clasa de precizie o cere.
Oțelurile de cementare se danturează în stare moale, ceea ce cruță freza. Oțelurile îmbunătățite la peste circa 30 HRC cer freze din materiale mai rezistente și parametri mai blânzi. Pe o mașină de danturat CNC, parametrii de așchiere se salvează pentru fiecare material în programul piesei.
Alte materiale pentru roți dințate
- Bronz cu staniu (CuSn12): roți melcate, care lucrează cu alunecare față de un melc din oțel călit. Detalii în ghidul despre angrenajul melcat.
- Fontă cenușie sau nodulară: roți mari și lente, carcase cu dantură, unde contează amortizarea vibrațiilor.
- Oțel inoxidabil (de exemplu X20Cr13): pompe pentru industria alimentară și medii corozive.
- Plastice tehnice (POM, PA6): roți silențioase, sarcini mici, mers fără ungere.
Cum alegi, pe scurt
- Sarcină moderată, piesă de schimb, cost mic: C45.
- Sarcină mare, șocuri, deformare minimă: 42CrMo4 îmbunătățit, eventual călit prin inducție.
- Uzură mare pe flanc, durată de viață lungă, cutii de viteze: 16MnCr5 sau 20MnCr5 cementat.
Un atelier de danturare lucrează de regulă cu toate trei. Miatec, atelierul din Pechea, Galați, prezentat în studiul de caz al mașinii de danturat, face pinioane de reductor, roți pentru pompe și piese pentru utilaje agricole. Pentru restul cotelor roții, folosește calculatorul de roți dințate.
Întrebări frecvente
Ce echivalent are oțelul 42CrMo4?
Echivalentul american apropiat este AISI 4140, iar numărul de material european este 1.7225. Compoziția și proprietățile sunt date în EN 10083-3.
Ce înseamnă oțel îmbunătățit?
Oțel călit și apoi revenit la temperatură înaltă. Rezultatul este o combinație de rezistență și tenacitate mai bună decât în starea normalizată. 42CrMo4 se livrează des îmbunătățit și se poate dantura direct.
Cementare sau călire prin inducție?
Cementarea dă un strat dur și uniform pe toată suprafața dintelui, inclusiv la picior, și se aplică oțelurilor cu carbon puțin (16MnCr5, 20MnCr5). Călirea prin inducție încălzește local flancurile la oțelurile cu carbon mediu (42CrMo4, C45) și deformează mai puțin piesa.
Pot face un pinion de reductor din C45?
Da, pentru sarcini moderate, cu flancurile călite prin inducție. Pentru sarcini mari sau șocuri, 42CrMo4 sau un oțel de cementare țin mai mult.
Ce duritate are 16MnCr5 după cementare?
La suprafață, de regulă 58–62 HRC, cu miezul tenace. Adâncimea stratului se alege după modulul roții și după sarcină.
