Materialen voor tandwielproductie & Gereedschapsstaal
Materialen in raceversnellingsbakken gaan kapot door een combinatie van mechanische overbelasting, slijtage, vermoeidheid en schokken. Ondanks de geavanceerde techniek worden alle onderdelen door de zware omstandigheden tijdens de race tot het uiterste op de proef gesteld. Ook versnellingsbakken voor raceauto’s moeten licht van gewicht blijven en tegelijkertijd voldoen aan strenge ruimtebeperkingen om een concurrentievoordeel te behouden. De keuze van de juiste materialen kan zeker helpen om veel problemen op te lossen, maar regelmatig onderhoud, nauwkeurig ontwerp en een goede rijstijl zijn eveneens essentieel voor het behoud van de betrouwbaarheid.
De staalsoorten die worden gebruikt voor de productie van onderdelen in raceversnellingsbakken vallen doorgaans in de volgende categorieën:
| Categorie | Typische toepassingen |
| Staalsoorten voor het carboneren van werkstukken | Tandwielen |
| Door-gehard, hoogwaardig staal en nitreerde staalsoorten | Hondenringen, schachten |
| Voorgehard staal van gemiddelde sterkte | Minder belasting van onderdelen, zoals schakelvorken, schakelhuizen en afstandhouders |
De meest voorkomende oorzaken van materiaalgerelateerde defecten
1. Overbelasting en koppelpieken
- Bij race-toepassingen moet de aandrijflijn een zeer hoog koppel en vermogen overbrengen; overbelasting die de gebruikelijke ontwerpgrenzen van de versnellingsbak overschrijdt, komt dan ook regelmatig voor.
- Plotselinge gasbewegingen, agressief terugschakelen en wielspin kunnen koppelpieken veroorzaken die tandwielen en assen beschadigen.
Hoge treksterkte (≥1300 MPa)
Hoge vloeigrens (≥1000 MPa)
Hoge breuktaaiheid, met name in de kern
Staalsoorten voor cementeren
BÖHLER V135 & E108 bieden precies deze eigenschappen: een hoge sterkte gecombineerd met een taaie kern onder een harde buitenlaag. Dit betekent dat tandwieltanden bestand zijn tegen plotselinge overbelasting.
Met gehard staal met hoge sterkte, zoals BÖHLER W460, W360 en V132, zijn er talloze mogelijkheden om de hardheid en sterkte te verhogen, waardoor ontwerpers een breed scala aan mogelijkheden krijgen om de prestaties van een onderdeel te verbeteren en storingen te verminderen.
2. Slijtage van hondenringen en vergrendelingsmechanismen
- Deze onderdelen slijten snel, vooral bij zware belasting en ruw schakelen.
- De meeste versnellingsbakken voor raceauto’s maken gebruik van een tandwielselectiesysteem (in plaats van synchromesh) om de schakeltijden te verkorten.
Hoge hardheid > 40 HRC
Grotere hardingsdieptes (60–64 HRC) met een effectieve hardingsdiepte van 0,8–1.5 mm
Hoog- en middelhard gehard staal
Hoogwaardige staalsoorten bieden talloze mogelijkheden om de hardheid, druksterkte & en slijtvastheid te verhogen in de meest veeleisende toepassingen. Indien nodig kan de oppervlaktehardheid verder worden verhoogd door middel van nitreren.
3. Vermoeidheid en materiaalgrenzen
- Zelfs hoogwaardige materialen bereiken hun grenzen in de veeleisende omgeving van de motorsport.
- Herhaalde spanningscycli veroorzaken materiaalmoeheid in tandwielen, assen en lagers, wat uiteindelijk kan leiden tot scheuren of een catastrofale storing.
Verbeterde reinheid: de meeste vermoeidheidsbreuken ontstaan bij interne insluitsels.
Staalsoorten voor oppervlakte- en doorharding
Böhler hoogwaardige staalsoorten worden vaak opnieuw gesmolten met behulp van:
- VAR (Vacuum Arc Remelting)
- PESR (Elektro-slak-heromsmelten met beschermgas)
Deze productietechnieken zorgen voor een aanzienlijke verbetering van de zuiverheid van staalsoorten zoals BÖHLER V135, M121 en E108, door het verwijderen van oxide- & en sulfide-insluitsels die de vermoeidheidslevensduur van onderdelen drastisch verkorten.
4. Schokbelastingen (aanrijdingen, stoepranden, enz.)
- Plotselinge schokken door stoepranden, aanrijdingen of overmatige speling in de aandrijflijn kunnen onregelmatige krachten veroorzaken die het versnellingsbakhuis of de interne onderdelen beschadigen
Hoge breuktaaiheid, met name in de kern
Staalsoorten voor cementeren
Staalsoorten met een hoge breuktaaiheid, zoals BÖHLER M121, hebben een zodanige breuktaaiheid dat ze schokken kunnen weerstaan zonder te barsten, met name bij lagere temperaturen of hoge vervormingssnelheden.
Staalsoorten met hoge/gemiddelde sterkte door middel van doorharding Staalsoorten zoals BÖHLER K600, M238 & V358 zijn ontworpen om dankzij hun taaiheid schokbelastingen te weerstaan. Indien nodig kan de oppervlaktehardheid worden verhoogd door middel van nitreren