Содержание статьи
- Анализ требований к детали и условий эксплуатации
- Определение критических свойств материала
- Первичный отсев материалов по ключевым параметрам
- Сравнительный анализ материалов-кандидатов
- Применение метода Эшби для выбора оптимального материала
- Методы испытаний и тестирования материалов
- Принятие окончательного решения и документирование
- Практические примеры выбора материалов
- Часто задаваемые вопросы
Анализ требований к детали и условий эксплуатации
Выбор материала для конкретной детали представляет собой комплексный инженерный процесс, требующий системного подхода и учета множества факторов. На первом этапе инженер должен тщательно проанализировать требования к детали, определяемые ее служебным назначением и условиями эксплуатации.
Анализ начинается с изучения функционального назначения детали в конструкции. Необходимо понять, какие нагрузки будет воспринимать деталь, в каком режиме она будет работать, с какими средами взаимодействовать. Валы и шестерни передают крутящий момент и испытывают напряжения изгиба и кручения. Корпусные детали обеспечивают защиту механизмов и должны обладать достаточной жесткостью. Элементы крепежа работают на растяжение или срез.
| Параметр анализа | Описание | Примеры требований |
|---|---|---|
| Механические нагрузки | Тип и характер воздействующих сил | Статические, динамические, ударные, циклические нагрузки |
| Температурный режим | Диапазон рабочих температур | От минус 60 до плюс 250 градусов Цельсия |
| Агрессивные среды | Воздействие химических веществ | Влажность, кислоты, щелочи, масла, топливо |
| Габаритные ограничения | Массо-геометрические параметры | Ограничения по массе, размерам, форме детали |
| Точность изготовления | Требуемые допуски и шероховатость | Квалитеты точности, параметры Ra от 0,4 до 12,5 мкм |
| Срок службы | Требуемая долговечность | Количество циклов нагружения, часы работы |
Особое внимание уделяется анализу характера нагружения. Статические нагрузки предъявляют требования к пределу текучести материала. Переменные циклические нагрузки требуют высокого сопротивления усталости. Ударные нагрузки накладывают требования к вязкости и ударной прочности материала.
Определение критических свойств материала
После анализа требований к детали инженер определяет критические свойства материала, которые будут определять работоспособность детали. Согласно современной методологии, к основным критериям работоспособности деталей машин относятся прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость и виброустойчивость.
Прочность является главным критерием для большинства деталей. Она характеризует способность материала сопротивляться разрушению или возникновению недопустимых пластических деформаций. Различают статическую прочность при однократном нагружении и сопротивление усталости при циклических нагрузках. Для оценки прочности используют такие характеристики как предел прочности, предел текучести, предел выносливости.
| Критическое свойство | Характеристики материала | Типы деталей |
|---|---|---|
| Прочность | Предел прочности (σв), предел текучести (σт), предел выносливости (σ-1) | Валы, оси, крепежные детали, зубчатые колеса |
| Жесткость | Модуль упругости (E), модуль сдвига (G) | Длинные валы, станины, рамы, корпуса |
| Износостойкость | Твердость (HB, HRC), сопротивление истиранию | Зубчатые передачи, направляющие, подшипники скольжения |
| Теплостойкость | Жаропрочность, теплопроводность, коэффициент линейного расширения | Детали двигателей, турбин, теплообменников |
| Коррозионная стойкость | Сопротивление окислению, химической коррозии | Детали химического оборудования, судовые конструкции |
| Технологичность | Обрабатываемость резанием, свариваемость, литейные свойства | Все типы деталей |
Жесткость определяет способность детали сопротивляться изменению формы под действием нагрузок. Недостаточная жесткость может привести к нарушению работы механизма даже при выполнении условий прочности. За последние десятилетия роль критерия жесткости возросла в связи с применением высокопрочных сталей, у которых увеличились характеристики прочности, а модуль упругости остается практически неизменным.
Пример расчета индекса эффективности для балки
Для балки, работающей на изгиб, при ограничении по жесткости индекс эффективности материала определяется соотношением:
M = E1/2 / ρ
где E - модуль упругости материала (МПа), ρ - плотность материала (кг/м³)
Для стали 40Х: E = 210000 МПа, ρ = 7850 кг/м³
M = 2100001/2 / 7850 = 458,3 / 7850 = 0,058
Для алюминиевого сплава Д16: E = 72000 МПа, ρ = 2800 кг/м³
M = 720001/2 / 2800 = 268,3 / 2800 = 0,096
Алюминиевый сплав имеет более высокий индекс эффективности по жесткости при меньшей массе.
Первичный отсев материалов по ключевым параметрам
После определения критических свойств инженер приступает к первичному отсеву материалов. На этом этапе из общей номенклатуры материалов исключаются варианты, явно не соответствующие основным требованиям. Отсев производится по пороговым значениям ключевых характеристик.
Метод отсева основан на установлении минимально допустимых или максимально допустимых значений параметров. Например, если деталь работает при температуре выше 400 градусов Цельсия, сразу исключаются алюминиевые сплавы и полимерные материалы. Если требуется коррозионная стойкость в морской воде, исключаются углеродистые стали без защитных покрытий.
Пример первичного отсева для вала редуктора
Исходные требования:
- Передаваемый крутящий момент: 500 Н·м
- Частота вращения: 1500 об/мин
- Диаметр вала: 40 мм
- Условия работы: сухое помещение, нормальная температура
- Требуемая твердость поверхности: не менее 45 HRC
Первичный отсев:
- Исключены: цветные металлы (недостаточная прочность)
- Исключены: чугуны (работа на кручение и изгиб)
- Исключены: низкоуглеродистые стали (невозможность обеспечить твердость 45 HRC)
- Остались: среднеуглеродистые и легированные стали с возможностью термообработки
| Критерий отсева | Пороговое значение | Исключаемые материалы |
|---|---|---|
| Температура эксплуатации более 300°C | Жаропрочность | Алюминиевые сплавы, полимеры, цинковые сплавы |
| Агрессивная среда (кислоты, щелочи) | Коррозионная стойкость | Углеродистые стали без покрытия, чугуны |
| Высокие контактные напряжения | Твердость более 40 HRC | Низкоуглеродистые стали, цветные сплавы |
| Требование малой массы | Плотность менее 5000 кг/м³ | Стали, медные сплавы, свинцовые сплавы |
| Высокая электропроводность | Удельное сопротивление менее 0,1 Ом·мм²/м | Стали, алюминиевые сплавы, титановые сплавы |
Сравнительный анализ материалов-кандидатов
После первичного отсева формируется список материалов-кандидатов, обычно от трех до десяти наименований. Для этих материалов проводится детальный сравнительный анализ по всем значимым параметрам. Сравнение проводится как по механическим и физическим свойствам, так и по технологическим и экономическим показателям.
Сравнительный анализ включает оценку механических характеристик материалов в состоянии поставки и после термической обработки. Для сталей рассматриваются различные варианты термообработки: нормализация, улучшение, закалка с отпуском, поверхностная закалка, цементация, азотирование. Каждый вид обработки обеспечивает определенное сочетание свойств поверхности и сердцевины детали.
| Марка стали | Предел прочности σв, МПа | Предел текучести σт, МПа | Относительное удлинение δ, % | Ударная вязкость KCU, Дж/см² | Твердость после закалки, HRC |
|---|---|---|---|---|---|
| Сталь 45 | 600-750 | 360-450 | 14-16 | 50-60 | 45-50 |
| Сталь 40Х | 980-1100 | 780-850 | 9-12 | 50-70 | 28-35 (после улучшения) |
| Сталь 20ХН3А | 1100-1200 | 900-1000 | 10-12 | 80-100 | 58-62 (поверхность) |
| Сталь 18ХГТ | 1000-1100 | 850-950 | 10-12 | 70-80 | 56-60 (поверхность) |
При сравнении учитываются технологические свойства материалов. Обрабатываемость резанием влияет на трудоемкость механической обработки. Свариваемость важна для сварных конструкций. Прокаливаемость определяет возможность получения требуемых свойств по сечению детали при термообработке.
Расчет коэффициента запаса прочности
Для выбранного материала необходимо проверить обеспечение прочности:
n = σт / σmax ≥ [n]
где σт - предел текучести материала, σmax - максимальное рабочее напряжение, [n] - требуемый коэффициент запаса прочности
Пример: Вал из стали 40Х после улучшения, σт = 780 МПа
Расчетное напряжение при кручении: σmax = 280 МПа
Требуемый коэффициент запаса: [n] = 1,5
Фактический коэффициент запаса: n = 780 / 280 = 2,79 > 1,5 - условие выполнено
Применение метода Эшби для выбора оптимального материала
Метод Эшби, разработанный профессором Майклом Эшби из Кембриджского университета, представляет собой систематизированный подход к выбору материалов на основе индексов эффективности. Метод позволяет учесть одновременно несколько критериев и найти оптимальное решение при конкретных ограничениях.
Основа метода - разделение уравнения производительности детали на три группы переменных: функциональные требования, геометрические параметры и свойства материала. Это позволяет оптимизировать выбор материала независимо от конкретной геометрии детали, используя индексы эффективности.
Индекс эффективности представляет собой комбинацию свойств материала, которая определяет, насколько хорошо материал подходит для конкретного применения. Для различных условий нагружения и функциональных требований существуют свои индексы эффективности.
| Условие нагружения | Цель оптимизации | Индекс эффективности | Формула |
|---|---|---|---|
| Стержень на растяжение | Минимальная масса при заданной жесткости | M₁ | E / ρ |
| Балка на изгиб | Минимальная масса при заданной жесткости | M₂ | E1/2 / ρ |
| Балка на изгиб | Минимальная масса при заданной прочности | M₃ | σ2/3 / ρ |
| Пластина на изгиб | Минимальная масса при заданной жесткости | M₄ | E1/3 / ρ |
| Вращающийся диск | Максимальная скорость вращения | M₅ | σ / ρ |
| Пружина | Максимальная энергоемкость | M₆ | σ² / E |
Диаграмма Эшби представляет собой графическое отображение свойств материалов, где по осям откладываются различные характеристики. На диаграмму наносятся области, соответствующие классам материалов: стали, алюминиевые сплавы, титановые сплавы, полимеры, керамика, композиты. Линии постоянного индекса эффективности позволяют визуально определить наиболее подходящие материалы.
Пример применения метода Эшби для выбора материала балки
Задача: Выбрать материал для балки длиной 2 метра, которая должна выдерживать изгибающую нагрузку при минимальной массе.
Индекс эффективности: M = E1/2 / ρ (максимизировать)
Рассчитаем для различных материалов:
- Сталь 40Х: M = (210000)1/2 / 7850 = 0,058
- Алюминиевый сплав Д16: M = (72000)1/2 / 2800 = 0,096
- Титановый сплав ВТ6: M = (110000)1/2 / 4500 = 0,074
- Стеклопластик: M = (40000)1/2 / 1900 = 0,105
Вывод: По индексу эффективности стеклопластик показывает лучший результат, однако необходимо учесть технологические и эксплуатационные ограничения.
Методы испытаний и тестирования материалов
Выбор материала должен быть подтвержден результатами испытаний, которые позволяют объективно оценить свойства материала и его пригодность для конкретного применения. Испытания материалов регламентируются государственными стандартами, обеспечивающими единообразие методик и сопоставимость результатов.
Механические испытания включают определение прочностных, пластических и вязких свойств материалов. Основные виды механических испытаний: испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, ударный изгиб, твердость, усталость. Каждый вид испытаний проводится на стандартных образцах при строго регламентированных условиях.
| Вид испытания | Определяемые характеристики | Стандарты ГОСТ | Температурный диапазон |
|---|---|---|---|
| Растяжение металлов | σв, σт, σ0,2, δ, ψ, E | ГОСТ 1497-2023 | От -196 до +1200°C |
| Сжатие металлов | σсж, E, кривая упрочнения | ГОСТ 25.503-97 | От -60 до +1000°C |
| Ударный изгиб | KCU, KCV, KCT (ударная вязкость) | ГОСТ Р 51371-99 | От -196 до +350°C |
| Твердость по Бринеллю | HB (твердость) | ГОСТ 9012-59 | Комнатная температура |
| Твердость по Роквеллу | HRC, HRB, HRA | ГОСТ 9013-59 | Комнатная температура |
| Испытание на усталость | σ-1 (предел выносливости) | ГОСТ 25.502-79 | От -60 до +600°C |
Испытания на растяжение по ГОСТ 1497-2023 являются основным методом определения механических характеристик металлов. При испытании образец подвергается действию плавно возрастающей растягивающей нагрузки до разрушения. Определяются предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, относительное сужение, модуль упругости.
Для композиционных материалов применяются специальные стандарты. ГОСТ 25.601-80 устанавливает метод испытания композитов на растяжение при различных температурах. ГОСТ 25.604-82 регламентирует испытания на изгиб. Количество образцов для получения достоверных результатов должно быть не менее пяти.
Расчет количества образцов для испытаний
Согласно ГОСТ 25.503-97, для оценки среднего значения механических характеристик требуется не менее пяти образцов. При разбросе результатов менее 5% можно ограничиться тремя образцами.
Пример: Испытания стали на растяжение
Образец 1: σв = 625 МПа
Образец 2: σв = 618 МПа
Образец 3: σв = 632 МПа
Образец 4: σв = 621 МПа
Образец 5: σв = 628 МПа
Среднее значение: σв_ср = (625 + 618 + 632 + 621 + 628) / 5 = 624,8 МПа
Максимальное отклонение: (632 - 618) / 624,8 × 100% = 2,2% < 5%
Принятие окончательного решения и документирование
На заключительном этапе инженер принимает окончательное решение о выборе материала на основе комплексного анализа всех собранных данных. Решение должно быть обосновано и задокументировано для возможности воспроизведения и проверки.
При принятии решения применяется метод взвешенных критериев. Каждому значимому фактору присваивается весовой коэффициент в зависимости от его важности для конкретной детали. Материалы-кандидаты оцениваются по каждому критерию, оценки умножаются на весовые коэффициенты и суммируются. Материал с максимальной интегральной оценкой является оптимальным.
| Критерий | Весовой коэффициент | Сталь 45 | Сталь 40Х | Сталь 20ХН3А |
|---|---|---|---|---|
| Прочность | 0,30 | 7 (2,1) | 8 (2,4) | 10 (3,0) |
| Износостойкость | 0,25 | 6 (1,5) | 8 (2,0) | 9 (2,25) |
| Технологичность | 0,20 | 9 (1,8) | 8 (1,6) | 6 (1,2) |
| Стоимость | 0,15 | 10 (1,5) | 8 (1,2) | 5 (0,75) |
| Доступность | 0,10 | 10 (1,0) | 9 (0,9) | 7 (0,7) |
| Итоговая оценка | 1,00 | 7,9 | 8,1 | 7,9 |
Документирование выбора материала включает подготовку технического обоснования, в котором указываются: требования к детали, рассмотренные варианты материалов, результаты сравнительного анализа, результаты испытаний, обоснование окончательного выбора. Обоснование подписывается ответственным инженером и утверждается главным инженером проекта.
В конструкторской документации указывается марка материала согласно действующим стандартам, требования к термической обработке, механические характеристики, которые должны быть обеспечены. Для металлов указывается стандарт на материал (например, Сталь 40Х ГОСТ 4543-2016), для специальных сплавов - технические условия.
Пример оформления материала в технической документации
Материал: Сталь 40Х ГОСТ 4543-2016
Термическая обработка: Закалка 860°C, масло; отпуск 500°C, 2 часа
Механические свойства после термообработки:
- Твердость сердцевины: 28-35 HRC
- Предел прочности σв ≥ 980 МПа
- Предел текучести σт ≥ 780 МПа
- Относительное удлинение δ ≥ 9%
- Ударная вязкость KCU ≥ 50 Дж/см²
Дополнительная обработка зубьев: Поверхностная закалка ТВЧ до твердости 50-55 HRC на глубину 2-4 мм.
Технологические указания: Контроль твердости по ГОСТ 9013-59, контроль микроструктуры согласно альбому структур.
Практические примеры выбора материалов
Рассмотрим несколько типичных примеров выбора материалов для различных деталей, демонстрирующих применение описанного алгоритма на практике.
Пример 1: Вал-шестерня цилиндрического редуктора
Исходные данные:
- Крутящий момент: 350 Н·м
- Частота вращения: 1000 об/мин
- Диаметр делительной окружности шестерни: 80 мм
- Число зубьев: 32
- Модуль зацепления: 2,5 мм
- Режим работы: переменная нагрузка, односменная работа
- Срок службы: 20000 часов
Анализ требований:
Деталь испытывает напряжения кручения от передаваемого момента и напряжения изгиба от зубчатого зацепления. Зубья подвержены контактным напряжениям и изнашиванию. Критическими свойствами являются: прочность, сопротивление усталости, твердость поверхности зубьев, износостойкость.
Отсев материалов:
Для обеспечения требуемой твердости зубьев (не менее 45 HRC) необходим материал с возможностью термообработки. Исключены: низкоуглеродистые стали, цветные металлы, чугуны. Рассматриваются: Сталь 45, Сталь 40Х, Сталь 20ХН3А.
Сравнение и выбор:
Сталь 40Х обеспечивает оптимальное сочетание прочности (σв = 980-1100 МПа после улучшения), твердости поверхности после закалки (50-55 HRC при поверхностной закалке ТВЧ), хорошей прокаливаемости для детали диаметром до 80 мм. Технологичность материала хорошая, обрабатываемость резанием удовлетворительная.
Окончательное решение: Сталь 40Х ГОСТ 4543-2016, термообработка - улучшение (закалка 860°C + отпуск 500°C), поверхностная закалка зубьев ТВЧ до твердости 50-55 HRC.
Пример 2: Корпус редуктора
Исходные данные:
- Габаритные размеры: 400×300×250 мм
- Масса не более 25 кг
- Требования: обеспечение жесткости конструкции, защита механизма от внешней среды
- Условия эксплуатации: сухое помещение, нормальная температура
- Наличие точных посадочных мест под подшипники (Ø40H7, Ø50H7)
Анализ требований:
Корпус должен обеспечивать жесткость конструкции и точность взаимного расположения осей валов. Прочностные требования не являются критичными. Важны: хорошие литейные свойства, обрабатываемость резанием для получения точных посадочных мест, достаточный модуль упругости.
Отсев и сравнение:
Рассматриваются литейные материалы: серый чугун СЧ20, высокопрочный чугун ВЧ40, алюминиевый сплав АК7. Серый чугун СЧ20 обеспечивает хорошую жесткость (E = 110000 МПа), отличные литейные свойства, хорошую обрабатываемость, низкую стоимость. Плотность 7200 кг/м³ обеспечивает массу корпуса около 22 кг, что удовлетворяет требованиям.
Окончательное решение: Чугун СЧ20 ГОСТ 1412-85, литье в песчаные формы, механическая обработка посадочных поверхностей.
Пример 3: Пружина клапана двигателя
Исходные данные:
- Усилие сжатия: 250 Н
- Ход: 12 мм
- Рабочая температура: до 200°C
- Частота циклов: 3000 в минуту
- Ресурс: 100 миллионов циклов
Анализ требований:
Пружина работает в условиях высоких циклических напряжений при повышенной температуре. Критические свойства: высокий предел упругости, сопротивление усталости, сопротивление релаксации при повышенной температуре.
Выбор материала:
Для пружин, работающих при температуре до 200°C, применяются кремнистые пружинные стали. Рассматриваются: 60С2А, 55С2. Сталь 60С2А обеспечивает предел прочности не менее 1500 МПа после закалки и отпуска, высокий предел упругости, хорошее сопротивление релаксации.
Окончательное решение: Проволока пружинная 60С2А ГОСТ 14963-78, диаметр 3,5 мм, термообработка - патентирование + отпуск, твердость 45-50 HRC.
| Тип детали | Основные критерии | Рекомендуемые материалы | Термообработка |
|---|---|---|---|
| Валы, оси | Прочность, жесткость, сопротивление усталости | Стали 45, 40Х, 40ХН | Улучшение, нормализация |
| Шестерни, зубчатые колеса | Твердость поверхности, контактная прочность, износостойкость | Стали 40Х, 40ХН, 20ХН3А, 18ХГТ | Улучшение + поверхностная закалка, цементация |
| Корпусные детали | Жесткость, литейные свойства, обрабатываемость | Чугун СЧ20, СЧ25, ВЧ40, алюминиевые сплавы АК7, АК9 | Отливка без термообработки |
| Пружины | Предел упругости, сопротивление усталости, релаксационная стойкость | Стали 60С2А, 65Г, 50ХФА | Закалка + отпуск, патентирование |
| Крепежные детали | Прочность, пластичность, технологичность | Стали 35, 45, 40Х, 30ХГСА | Нормализация, улучшение |
Часто задаваемые вопросы
Критические свойства определяются исходя из условий работы детали и характера нагрузок. Необходимо проанализировать: тип нагружения (статическое, динамическое, циклическое), вид напряженного состояния (растяжение, сжатие, изгиб, кручение), условия эксплуатации (температура, агрессивные среды), требования к износостойкости. Для валов критичны прочность и жесткость, для зубчатых колес - твердость и износостойкость, для пружин - предел упругости. Анализ работоспособности детали позволяет ранжировать свойства по степени важности.
Такой подход возможен и иногда оправдан, но требует комплексной оценки. Необходимо сравнить не только стоимость материала, но и общую себестоимость изготовления детали, включающую затраты на дополнительную механическую обработку, увеличенный расход материала, возросшую массу детали. Кроме того, увеличение размеров может быть ограничено конструктивными соображениями. Для ответственных деталей, работающих при высоких нагрузках, экономия на материале может привести к снижению надежности и безопасности.
Технологичность материала существенно влияет на трудоемкость и стоимость изготовления детали. Необходимо оценить: обрабатываемость резанием (влияет на скорость обработки и стойкость инструмента), свариваемость (для сварных конструкций), литейные свойства (для литых деталей), прокаливаемость (для деталей с термообработкой), склонность к деформации при термообработке. Материалы с плохой технологичностью могут потребовать применения специальных технологий, что увеличивает себестоимость. Для массового производства технологичность часто является определяющим фактором.
Метод Эшби представляет собой систематизированный математический подход, основанный на индексах эффективности. В отличие от традиционного метода проб и ошибок или выбора по аналогии, метод Эшби позволяет объективно сравнивать материалы при одновременном учете нескольких критериев. Использование диаграмм Эшби дает возможность визуально оценить весь спектр доступных материалов и выявить те, которые обеспечивают оптимальное сочетание свойств. Метод особенно эффективен на ранних стадиях проектирования, когда геометрия детали еще не определена окончательно.
Набор обязательных испытаний определяется критическими свойствами материала для конкретной детали. Для большинства конструкционных сталей проводят испытания на растяжение для определения предела прочности и предела текучести. При циклических нагрузках необходимы испытания на усталость. Для деталей, работающих при ударных нагрузках, проводят испытания на ударную вязкость. Измерение твердости обязательно для деталей после термообработки. Все испытания должны проводиться по соответствующим стандартам ГОСТ с использованием стандартных образцов. Количество образцов - не менее пяти для получения статистически достоверных результатов.
В конструкторской документации указывают марку материала согласно действующему государственному стандарту или техническим условиям. Обязательно указывается полное обозначение стандарта (например, Сталь 40Х ГОСТ 4543-2016). Для материалов, требующих термической обработки, в технических требованиях чертежа указывают вид обработки и требуемые механические характеристики (твердость, предел прочности). Дополнительно составляется техническое обоснование выбора материала, в котором приводятся расчеты, результаты испытаний, сравнение вариантов. Обоснование подписывается ответственными лицами и хранится в архиве предприятия.
Замена материала без согласования с разработчиком недопустима, так как может привести к изменению характеристик детали и снижению надежности изделия. Даже материалы, кажущиеся аналогичными, могут иметь отличия в химическом составе, механических свойствах, технологических характеристиках. Любая замена материала требует проведения анализа влияния на работоспособность детали, согласования с главным конструктором и внесения изменений в конструкторскую документацию в установленном порядке. Для серийной продукции замена материала может потребовать повторных испытаний.
Температура эксплуатации существенно влияет на свойства материалов и является одним из ключевых факторов выбора. При повышенных температурах (выше 300-400 градусов) снижаются прочностные характеристики большинства сталей, возникает ползучесть материала. При таких условиях применяют жаропрочные стали и сплавы. При пониженных температурах (ниже минус 40 градусов) сталь может переходить в хрупкое состояние, снижается ударная вязкость. Для работы при низких температурах используют стали с низкой температурой порога хладноломкости. Алюминиевые сплавы не применяются при температурах выше 150-200 градусов из-за резкого падения прочности.
Долговечность материала определяется его способностью сопротивляться различным видам разрушения в течение заданного срока службы. Основные факторы: сопротивление усталости при циклических нагрузках (оценивается пределом выносливости и кривой усталости), износостойкость при трении (зависит от твердости, структуры, условий смазки), коррозионная стойкость (способность сопротивляться воздействию агрессивных сред), стабильность свойств при длительном воздействии температуры и нагрузок. Для оценки долговечности проводят ресурсные испытания или используют данные эксплуатации аналогичных изделий.
Выбор между улучшением и цементацией зависит от требований к твердости и характера нагружения. Улучшение (закалка с высоким отпуском) обеспечивает твердость 28-35 HRC по всему сечению, хорошую вязкость сердцевины, применяется для среднена груженных передач. Цементация с последующей закалкой обеспечивает высокую твердость поверхности (58-62 HRC) при вязкой сердцевине, применяется для высоконагруженных передач. Для цементации используют низкоуглеродистые легированные стали (20ХН3А, 18ХГТ), для улучшения - среднеуглеродистые стали (40Х, 40ХН). Цементация более трудоемка и дорога, но обеспечивает максимальную долговечность зубьев.
