فولادهایی که برای چرخدنده ها انتخاب می شوند بایستی استحکام کافی را داشته باشند تا از شکست دندانه جلوگیری کنند، سخت باشند که در برابر تنش های تماسی از سایش دنده محافظت کنند، و به قدری نرم باشند که در برابر بارهای ضرب های ناشی از هر اثر خارجی که بر سیستم وارد می آید مقاومت کنند. فولاد چرخدنده ها عموما از یکی از روشهای زیر به عمل می آید:
سختشده سطحی: کربوره کردن
فولاد مورد استفاده معمولا یک آلیاژ فولاد کربن دار است که پس از برش دندانه ها در معرض یک فضای پر از کربن قرار می گیرد. کربن میتواند به عمق نفوذ کرده، دنده را تا 60 HRC سخت و عمق سطحی 3mm را به دست دهد. این روش نه تنها بر سطح اثر می گذارد بلکه متریال میانی را نیز سخت میکند.
به دلیل ایجاد دماهای بالا و زمان های نفوذ طولانی، چرخدنده های کربن داده شده متحمل میزان زیادی پیچ خوردگی می شوند مگر آنکه کنترل شوند.
بایستی توجه زیادی به روند تولید چرخدنده های کربن داده شده شود چرا که سختی نهایی از هر عملیات ماشینکاری بجز سنگ زنی جلوگیری میکند. یک راه حل برای تراشیدن کربن از قسمت هایی که باید نرم باقی بمانند پوشاندن سطوح با استفاده از رنگ مسی بوده که عیبش آن است یک خراش کوچک اجازه میدهد که کربن به داخل نفوذ کرده و باعث نقصی در مرحله ماشینکاری گردد. پیچ ها نباید کربن داده شوند زیرا ترد شده و میتواند منجر به شکست آنها شود. در این روش از فولادهایی نظیر (655M13(EN36 و (665M17(EN34 می توان استفاده کرد.
سختشده سطحی: نیتراته کردن
در این روش نیز دندانه های اولیه برش داده می شود و پس از آن نیتراته می شوند. این فرایند در دمای پایین انجام می شود از این رو دفرمگی بسیار کمی رخ میدهد و معمولا پس از آن نیازی به اصلاح دنده نمی باشد. معایب اصلی این روش در ابتدا طول مدت فرایند بوده که حداقل 80 ساعت است؛ عمق سطحی بدست آمده پس از این مدت تنها 0.6 mm است از این رو مناسب دندانه های بزرگ نمی باشد.
از آنجایی که عملیات نیتراته مستلزم قراردادن کل چرندنده در معرض اثرات سختکاری است، به استثناء سنگ زنی هیچ ماشینکاری دیگری قابل اعمال بر آن نیست. بنابراین هر شیار خار، سوراخ و عمل دیگری باید قبل از عملیات بر روی آن انجام شود. همچنین یادآوری گردد که در طول فرایند دنده پیچ ها پوشانده شود وگرنه تردی غیر قابل قبولی به دست می دهند. همانند هر فرایند دیگری سوراخ هایی که می تواند موجب افزایش گردش هوا به اجزاء ترک بردارنده شود را نباید پوشاند. یک فولاد مناسب این عملیات (722M24(en40B بوده که باید به صورت آبدیده خریداری شود.
سختشده سطحی: سختکاری القایی
در این روش دندانه های چرخدنده ابتدا به صورت چرخدنده خام تراشیده شده و سپس بطور سطحی سخت می شود. این عمل باعث ایجاد مقاومت به سایش در سطح و هسته نرم و انعطاف پذیر می شود.
در دندانه های کوچک مدول 4 و کمتر از آن ممکن است عمق سختکاری از هر دو گوشه در قسمت میانی همگرا بوده از این رو کل دندانه را ترد کند. از آنجایی که همواره میزان محدودی از دفرمگی ناشی از عملیات حرارتی وجود دارد، پس از آن سنگزنی سطح دنده صورت می گیرد. در این روش بر اساس نوع فولاد می توان انتظار سختی 50-55 HRC و رسیدن به عمق سطحی 6 mmرا داشت.
چرخدنده های مخروطی معمولا به علت هندسه دنده سخت شده القایی نمی باشد.
فولادهای مناسب سختکاری القایی: (709M40T(EN 19T) ، 817M40T(EN24T و (826M40U(EN 26U
سختشده سراسری: بازپخت شده و نرمالیزه شده
متریال قبل از هر نوع ماشینکاری حرارت داده می شود. این عمل از هر نوع تغییر شکل جلوگیری میکند ولی از آنجائیکه متریال باید ماشینکاری گردد محدودیتی برای سختی و نتیجتا استحکامی که باید به آن برسد وجود دارد. اغلب تولیدکنندگان تمایلی به ماشینکاری فولاد با سختی بیش از 350 BHN را ندارند زیرا نه تنها عمر ابزار را می کاهد بلکه به همان اندازه اثری بر عمر ماشین هم دارد. معمولترین فولادها در این گروه O8OM4ON(EN 8N) ، O70M55N(EN 9N) ، 709M40T(EN 19T) ، 817M40T(EN24T و 826M40U(EN 26U می باشند.
پینیون سخت شده سراسری باید تقریبا 40 BHN سخت تر از چرخ همراهشان ساخته شوند و با توجه به خستگی و سایش بالای آن حتی برای طول عمر بیشتر تولید گردد.
