Werkstoff- und Härtungseinflüsse auf Festigkeit und Verschleiß von gehärteten Zahnrädern

Zusammenfassung

Aus bisher vorliegenden Versuchsergebnissen von gehärteten Zahnrädern^l) lassen sich allgemeine Tendenzen der die Fuß- und Flankenfestigkeit beeinflussenden Faktoren angeben:

• 1. Einwirkungen auf Zahnfußfestigkeit

  • a) Mithärtung des Zahngrundes: Bei gleichbleibenden Härteverfahren und gleichen Werkstoffen liegt die Zahnfußfestigkeit wesentlich höher, wenn der Zahngrund mitgehärtet ist.

  • b) Flankenhärte: Nach vorliegenden Untersuchungen zeigt es sich, daß von einer Oberflächenhärte von etwa HV = 350 kg/mm² Vickers ab die Zahnfußfestigkeit mit der Härte kaum noch ansteigt.

  • c) Kernfestigkeit: Die Kernfestigkeit des Zahnes ist, solange ein genügender Härteunterschied zwischen Rand und Kern besteht, möglichst hoch zu wählen. Aus Versuchen mit einsatzgehärteten Rädern geht hervor, daß die Dauerschwellfestigkeit bis zu Kernhärten von HV = 160 kg/mm² ansteigt. Bei schlagartiger Beanspruchung ist die Kernzähigkeit von Bedeutung, die auch durch Zusatz geeigneter Legierungsbestandteile erhöht werden kann. Maßgebend für die Größe der Kerbschlagfestigkeit ist die bis zum Bruch aufgenommene Formänderungsarbeit, die bei einem Stahl geringer Festigkeit und hoher Zähigkeit (Dehnung) ebenso groß sein kann wie bei einem Stahl mit hoher Festigkeit, aber geringer Dehnung.

  • d) Ein härtetiefe im Zahngrund: Mit der Einhärtetiefe im Zahngrund steigt bis zu einer günstigsten Tiefe auch die Zahnfußdauerfestigkeit. Darüber hinaus nimmt sie ab, da der Anteil der Randschichten zum Gesamtquerschnitt so groß wird, daß die Druckvorspannungen in der Oberfläche sich verringern und die Kerbspannungen wieder mehr zur Wirkung kommen.

    Die Zahnfuß-Schlagfestigkeit fällt bei gleichbleibender Kernfestigkeit mit zunehmender Einhärtetiefe ab.

  • e) Durchhärtung: Eine vollkommene Durchhärtung des Zahnes führt zu einer Verringerung der Zahnfußdauerfestigkeit um ca. 20 bis 25% gegenüber oberflächengehärteten Rädern.

• 2. Einwirkungen auf Wälzfestigkeit

  • a) Flankenh ä rte: Die Hertzsche Pressung p, die dauernd ohne Grübchenbildung ertragbar ist, wächst etwa linear mit der Brinellhärte der Flankenoberfläche.

  • b) Härtetiefe: Da nach Beobachtungen an Zahnrädern von Fahrzeuggetrieben die Grübchentiefe zumeist kleiner als 0.5 mm ist, erscheint somit eine Einhärtetiefe etwas über 0.5 mm bereits ausreichend. Allgemein empfiehlt sich, eine Härtetiefe von Modul mal 0.2 bis 0.3 anzustreben.

  • c) Durchhärtung: Bei durchgehärteten Rädern konnte kein unterschiedliches Verhalten gegenüber Grübchenbildung festgestellt werden.

• 3. Einwirkungen auf Verschleiß

• a) Flankenhärte: Verschleißversuche an Zahnrädern mit stufenweise gesteigerter Belastung haben gezeigt, daß der spezifische Verschleiß (mg/PSh) mit einem Ansteigen der Härte bis ca. 58 Rockwell abfällt, eine Steigerung der Flankenoberflächenhärte darüber aber keine merkliche Verschleißminderung bringt.

• b) Werkstoff und Härtungsart: Beide sind bei Zahnrädern über HR_c = 58, gleiche Oberflächen-Herstellungsgüte und ausreichende Einhärtetiefen vorausgesetzt, nahezu ohne Einfluß auf den spezifischen Verschleiß.

  Über Radpaarungen ungleichen Werkstoffes und stark unterschiedlicher Oberflächenhärte können nach bisherigen Feststellungen noch keine allgemein gültigen Aussagen gemacht werden. Hier empfiehlt sich von Fall zu Fall eine versuchsmäßige Klärung des grundsätzlichen Paarungsverhaltens.