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Materiais do eixo do motor: 1045 vs 4140 vs aço inoxidável e como escolher

1045 carbonoO padrão. Menor custo, ideal para a maioria dos eletrodomésticos e motores industriais em geral.
liga 4140Aumente o torque e a fadiga. O carro-chefe para EV e eixos de serviço pesado.
InoxidávelSomente quando a corrosão é a ameaça. Custa mais e as máquinas são mais lentas.

Quase todoseixo do motora pergunta termina aqui: qual aço? A resposta honesta é que não existe a melhor nota, apenas a melhor correspondência. Um eixo de bomba que vive no ar úmido e um eixo de tração que reverte o torque mil vezes por hora falham de maneiras completamente diferentes. Este guia compara as notas que Guanshuo realmente executa e fornece um caminho para escolher uma.

Comece com o dever, não com a nota

Os compradores geralmente abrem com o nome de uma nota. Uma abertura melhor é o fracasso que você está tentando evitar. Os eixos falham de quatro maneiras e cada uma aponta para uma família diferente de aço.

  • Fadiga.O eixo racha após milhões de inversões de carga. O aço-liga responde a isso.
  • Vestir.Diários, rasgos de chaveta ou flancos estriados estão soltos. O endurecimento superficial responde a isso.
  • Corrosão.A ferrugem perfura o eixo e destrói a face da vedação. Inoxidável responde a isso.
  • Deflexão.O eixo dobra sob carga. Isso é geometria, não grau, então um diâmetro maior responde.

Vale a pena manter esse último ponto. A atualização do aço não impede a flexão do eixo. Todos os aços têm praticamente a mesma rigidez. Se o seu problema for a deflexão, altere o diâmetro, não a liga.

aço carbono 1045

Aço 1045 / C45 / 45#Carbono médio, o padrão da indústria

1045 é onde a maioria dos eixos começa e onde a maioria deles deveria ficar. Possui resistência suficiente para serviços gerais, usina de forma previsível e requer endurecimento por indução nos munhões quando é necessária um pouco de resistência ao desgaste. É também a opção mais barata nesta página por uma margem clara.

Dureza temperadaHB 220 a 260
Endurecido por induçãoHRC 40 a 50
Custo relativoLinha de base
Escolha quandoAs cargas estão estáveis, o motor não está em marcha-atrás constantemente e o ambiente está seco. Motores de eletrodomésticos, ventiladores, transportadores e acionamentos industriais em geral.
Evite quandoO eixo sofre fortes reversões de torque, velocidade muito alta ou qualquer umidade. Seu limite de fadiga é o teto que você atingirá primeiro.

Liga de aço 4140 e 4340

Família 4140/42CrMo4/40CrCromo-molibdênio, a resposta à fadiga

4140 é a nota a ser alcançada quando 1045 não é suficiente. O cromo e o molibdênio permitem que ele endureça até atingir uma alta resistência, mantendo a tenacidade no núcleo. Essa combinação é o que resiste à trinca por fadiga sob repetidas inversões de carga, que é exatamente a tarefa que um EV ou eixo servo enfrenta.

4340 adiciona níquel e vai mais longe novamente. É mais forte e endurece mais profundamente, o que é importante em eixos de grande diâmetro onde o 4140 permaneceria macio no meio. Custa mais, por isso é reservado para as tarefas mais pesadas.

Acabamento típicoHRC 42 a 48
RotaTemperar e temperar
Custo relativoModerado
Escolha quandoO torque é alto ou inverte frequentemente, a velocidade é alta ou a vida útil à fadiga é um requisito declarado.Eixos de rotor EV, eixos servo, eixos de entrada da caixa de engrenagens.
Evite quandoO dever é leve e constante. Você estaria pagando pela resistência à fadiga que o aplicativo nunca usa.

Para uma visão completa de como essas classes se comportam em um motor de tração, consulte oGuia do eixo do rotor EV.

Aço endurecido 20CrMnTi

20CrMnTiBaixo carbono, carburado para uma pele dura

Esta nota resolve um conflito específico. Uma estria precisa de uma superfície dura para que os dentes não se desgastem, mas um núcleo duro seria quebradiço e quebraria sob choque. Carburising 20CrMnTi constrói uma caixa dura e rica em carbono sobre um núcleo macio e resistente. Você obtém resistência ao desgaste por fora e absorção de choque por baixo.

É a escolha padrão para dentes de engrenagem e estrias fortemente carregadas. A compensação é o tempo do processo, uma vez que a cementação é mais lenta e mais complicada do que a têmpera e a têmpera diretas.

CasoDuro, resistente ao desgaste
EssencialResistente, com absorção de choque
RotaCarburar e temperar
Escolha quandoO eixo carrega dentes de engrenagem ou uma estrutura fortemente carregadaranhuraque deve resistir ao desgaste e ao choque juntos.
Evite quandoO eixo é simples. Você não ganha nada com a cementação de um munhão liso que o endurecimento por indução suportaria por menos.

Aço inoxidável: 304, 316L e 420

Inoxidável não é uma atualização de força. É uma resposta à corrosão e geralmente custa força para chegar lá. Escolha um tipo de aço inoxidável somente quando o eixo atender água, vapor, produtos químicos ou um ciclo de lavagem. Guanshuoeixos lisos de aço inoxidávelexecutado em três séries.

304/SUS304Austenítico de uso geral

Boa resistência à corrosão, limpo e fácil de manter higiênico. Não pode ser endurecido por tratamento térmico, por isso permanece relativamente macio. Ótimo onde as cargas são modestas e a limpeza é importante.

Escolha quandoMáquinas alimentícias, tratamento de água e ambientes úmidos em geral com carga leve a moderada.
Evite quandoO diário precisa ser duro ou há cloretos presentes.
316/316LContendo molibdênio, grau marinho e médico

A adição de molibdênio melhora drasticamente a resistência a cloretos e corrosão. Esta é a classe para sal, água do mar, produtos químicos mais agressivos e equipamentos médicos onde os ciclos de esterilização são rotineiros.

Escolha quandoCloretos, ar salgado, produtos químicos agressivos oudispositivos médicosestão envolvidos.
Evite quandoSimples 304 serviria. 316L custa visivelmente mais.
420/SUS420Aço inoxidável martensítico e endurecível

420 é a nota de compromisso. Sendo martensítico, responde ao tratamento térmico e atinge HRC 48 a 55, proporcionando um munhão genuinamente duro e ao mesmo tempo resistindo à corrosão. Sua resistência à corrosão fica abaixo de 304 e bem abaixo de 316L, mas para uma aplicação úmida que também precisa de uma superfície dura e resistente ao desgaste, muitas vezes é a única resposta sensata.

Dureza após HTHRC 48 a 55
CorrosãoModerado
EndurecidoSim
Escolha quandoVocê precisa de resistência à corrosão e de um mancal rígido no mesmo eixo. Os eixos da bomba e da válvula são o caso clássico.
Evite quandoA corrosão é severa. Alcance o 316L e resolva o desgaste de outra maneira.
Nota de precisãoMáquinas inoxidáveis ​​e retificadoras de forma diferente do aço carbono. Endurece e se move mais durante o acabamento. Guanshuo mantém eixos inoxidáveis ​​com retidão ≤0,03 mm, coaxialidade ≤0,02 mm, circularidade ≤0,01 mm e Ra≤0,8 μm, com Ra 0,4 μm alcançável. Esses são números de aço inoxidável realistas e são ligeiramente mais soltos do que IT5 a IT6 e Ra≤0,4 μm mantidos em eixos de liga de aço. Qualquer fornecedor que mencione tolerâncias idênticas para ambos deve ser questionado sobre como.

O caminho da decisão, em ordem

Execute estas cinco perguntas do início. O primeiro que retornar sim geralmente decide a nota.

1. Ele encontrará água, vapor ou produtos químicos?Sim, e precisa de um diário rígido, vá para 420. Sim, com cloretos ou uso médico, vá para 316L. Sim, mas leve e limpo, vá para 304.
2. Possui dentes de engrenagem ou uma estria pesada?Vá para 20CrMnTi e carburize. Uma caixa dura sobre um núcleo resistente é o que os dentes precisam.
3. O torque é revertido com frequência ou a velocidade é alta?Vá para 4140. Vá para 4340 se o eixo tiver diâmetro grande ou a carga for extrema.
4. É um dever constante, seco e comum?Vá para 1045, com endurecimento por indução nos munhões se o desgaste for uma preocupação. Não gaste demais aqui.
5. Está dobrando demais?Não altere a nota de forma alguma. Aumente o diâmetro. Rigidez é geometria, não liga.

Lendo os números de dureza

Os desenhos do eixo citam a dureza em duas escalas, e misturá-las causa uma verdadeira confusão na cotação. Brinell, escrito HB, é usado para condições mais suaves e temperadas. Rockwell C, escrito HRC, é usado para superfícies endurecidas. Grosso modo, a escala HB esgota-se onde a escala HRC se torna útil.

Doença Dureza típica O que ele oferece
Temperado 1045 ou 4140 HB 220 a 260 Resistência equilibrada, ainda usinável
Diário endurecido por indução HRC 40 a 50 Resistência ao desgaste apenas na superfície
Liga temperada e revenida HRC 42 a 48 Resistência e resistência à fadiga através da seção
Inox 420 endurecido HRC 48 a 55 Diário rígido mais resistência à corrosão
Superfície de grau de fuso HRC 60 a 65 Máxima resistência ao desgaste para fusos de alta velocidade

Uma regra economiza muito lixo. Especifique a dureza no recurso, não na peça. Um desenho que diz "endurecer até HRC 55" sem dizer onde convida uma oficina a endurecer completamente um eixo que só precisava de um munhão rígido. Detalhes de como o endurecimento e a retificação interagem são abordados nopasso a passo de usinagem de eixo de precisão.

Equivalentes de notas entre padrões

O mesmo aço carrega nomes diferentes dependendo de onde o desenho foi escrito. Esses são os pares que mais aparecem nos trabalhos de exportação.

China GB AISI/SAE dos EUA EN/DIN JIS do Japão
45# 1045 C45/1.0503 S45C
40 Cr 5140 41Cr4/1.7035 SCr440
42CrMo 4140 42CrMo4 / 1,7225 SCM440
40CrNiMoA 4340 34CrNiMo6/1.6582 SNCM439
20CrMnTi 8620 (perto) 20MnCr5/1,7147 SCM420 (próximo)
0Cr18Ni9 304 1.4301 SUS304
00Cr17Ni14Mo2 316L 1.4404 SUS316L
4Cr13 420 1.4034 SUS420J2
Nota geral da indústriaEquivalentes são correspondências próximas, não aços idênticos. As faixas químicas diferem ligeiramente entre os padrões e isso pode alterar a forma como uma classe responde ao endurecimento. Para qualquer coisa crítica para a segurança ou automotiva, confirme a classificação exata com base no certificado da fábrica, em vez de confiar em uma tabela de referência cruzada.

Como é isso na produção

Guanshuo utiliza aço carbono 45#, liga 40Cr e 4140, aço endurecido 20CrMnTi e aço inoxidável 304, 316L, 316 e 420 como classes de estoque padrão. Cada barra é verificada em relação ao seu certificado de usinagem na chegada, antes de um único corte, porque uma confusão de classe só é descoberta na fase de endurecimento, quando as horas de usinagem já foram gastas.

O tratamento térmico é executado internamente, de modo que a rota pode ser adaptada ao tipo e não a qualquer coisa que um subcontratado ofereça. Os eixos acabados são balanceados para ISO G2.5 ou melhor onde a aplicação exigir, e para G0.1 a G0.4 em trabalhos de alta velocidade.

Perguntas frequentes

4140 é sempre melhor que 1045 para eixo de motor?

O nº 4140 é mais forte e tem melhor resistência à fadiga, mas custa mais e é mais difícil de usinar. Se o eixo funcionar com carga constante em local seco, o 1045 fará o trabalho por menos. O 4140 ganha seu preço quando o torque é revertido com frequência, a velocidade é alta ou a vida útil à fadiga é especificada. Combine o grau com a tarefa, em vez de optar pelo aço mais resistente.

Qual aço inoxidável é melhor para o eixo do motor?

Depende do que você precisa junto com a resistência à corrosão. 304 é adequado para uso limpo, úmido e em serviços leves. 316L é a escolha quando estão envolvidos cloretos, sal ou esterilização médica. O 420 é martensítico, por isso endurece até HRC 48 a 55 e fornece um munhão duro, ao custo de menor resistência à corrosão do que 304 ou 316L.

Um aço mais forte impedirá a flexão do meu eixo?

Não. Todos os aços têm quase a mesma rigidez, portanto, a mudança de classe quase não altera a deflexão. A flexão é controlada pela geometria. Aumente o diâmetro do eixo, encurte o vão sem suporte ou mova as posições dos rolamentos. Salve a atualização da liga para problemas de fadiga e desgaste.

Para que é usado o 20CrMnTi em um eixo?

É um aço endurecido usado onde dentes de engrenagem ou estrias fortemente carregadas são cortados no eixo. A carburação constrói uma caixa dura e resistente ao desgaste sobre um núcleo resistente, de modo que os dentes resistem ao desgaste enquanto o corpo ainda absorve o choque. Para um munhão simples, 1045 ou 4140 endurecido por indução geralmente é um valor melhor.

Guanshuo pode aconselhar uma nota se eu apenas conhecer a aplicação?

Sim. Envie o torque, a velocidade, o ambiente e quaisquer problemas de desgaste ou corrosão. A equipe de engenharia irá propor uma rota de classificação e tratamento térmico e, em seguida, confirmá-la no desenho antes da produção. Guanshuo armazena aço inoxidável 45#, 40Cr, 4140, 20CrMnTi e 304, 316L e 420 como padrão.

Não tem certeza de qual classe seu eixo precisa?

Envie o plantão, não apenas o desenho. Torque, velocidade, ambiente e vida útil esperada são suficientes para que a equipe de engenharia de Guanshuo proponha um grau, uma rota de tratamento térmico e um preço.

Pergunte a um engenheiro Ou entre em contato com a equipe nopágina de contato.
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