Залежно від умов експлуатації стійкість валів визначається втомної міцністю при крученні і вигині, контактної міцністю або зносостійкість.
Малонавантажених повільно обертаються вали виготовляють з сталей 35, 40, 45 і Ст.3, Ст.4, Ст.5 без термічної обробки.
Якщо працездатність валів залежить від міцності на вигин і кручення (не залежить від контактної витривалості і зносостійкості), то
- средненагруженних вали (до 80-100 мм) виготовляють з сталей 45, 40Х, 50Х з поліпшенням (σв = 800-1000 МПа; НВ 217-285);
- високонавантажені вали (Ø 100-130 мм) - з хромонікелевих і хромомолібденових глибоко прожарюємо сталей 50ХН, 40ХНМА, 34ХНЗМА з поліпшенням (σв ³ 1000 МПа);
- особливо відповідальні (в турбо- і компресоробудуванні) - з ще більш легованих 30ХН2ВФА, 36ХНТМФА, З8ХН3МФА, 30Х2НВФА з поліпшенням.
Вали невеликих розмірів (гладкі, ступінчасті, шліцьові), працездатність яких залежить від контактної витривалості і стійкості до зношування (з поверхневою твердістю НRС 48-50) виготовляють з сталей 45, 50 з поверхневою загартуванням ТВЧ або з поліпшенням і поверхневої загартуванням і самоотпуском.
Вали побільше - з більш прожарюємо сталей 40Х, 40ХГТ з поліпшенням і поверхневої загартуванням ТВЧ з самоотпуском.
Вали швидкохідні і більш зносостійкі (НRС 56-58) - з 20Х, 18ГТ, I2XH3A (іноді 35Х2ГНТА) з цементацією, загартуванням і низьким відпусткою.
Особливо високим опором зношування мають вали зі сталі 38ХМЮА після поліпшення і азотування.
Шестерні та зубчасті колеса найбільш часто виходять з ладу через контактного втомного руйнування, торцевого зносу, заїдання зубів і їх поломки при короткочасних перевантаженнях. Тому матеріал для них повинен забезпечувати високу поверхневу зносостійкість, достатню статистичну міцність від утоми при вигині і контактному навантаженні і підбиратися, виходячи з габаритів і конструкції шестерні, а також умов експлуатації.
Зазначеним вимогам найбільш відповідають цементуемие (нітроцементуемие) леговані стали, у яких після термообробки структура:
Вибір марки стали і методу її зміцнення для шестерень виробляють в залежності від ступеня їх навантаженості:
- мало- і средненагруженних зубчасті колеса - коробки передач, редукторів, задніх мостів виготовляють:
1) з безнікелевих сталей - 20Х, 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ, 20ХГР;
2) з малонікелевих - 20ХГНМ, 19ХГН, 20ХНМ, 20ХНР, 20ХГНР сталей;
- важко навантажених, наприклад, великовантажних автомобілів - з більш легованих сталей - 12ХН3А, 20ХНЗА, 15ХГН2ТА, 15Х2ГНТРА, 20ХГН2ТА, 25Х2ГНТА.
Зміцнююча обробка шестерень включає:
- цементацію (нітроцементецію) при 900-930 ° С;
- загартування від 800-850 ° С в маслі;
- низький відпустку при 170-200 ° С.
Товщина зміцненого шару зазвичай приймається рівною 0,15 товщини зуба по початковій окружності (0,18-0,27m. M - модуль колеса, але не більше 1,8 мм).
Твердість поверхні HRC 59-63 - для забезпечення високої контактної витривалості і зносостійкості без крихкого руйнування.
- більш HRC 42-45 збільшує небезпеку крихкого руйнування;
- знижена - сприяє розвитку пластичної деформації в тілі зуба і, отже, руйнування зміцненого шару.
Мало- і средненагруженних шестерні можна виготовляти:
- в одиничному і дрібносерійного виробництва з поліпшуються сталей 40, 45, 50Г, 40Х, 30ХГС, 50Х, 50ХН з загартуванням ТВЧ по контуру зубчастого вінця;
- шестерні великих діаметрів - виготовляти литими з сталей 35Л-50Л, 40ХЛ, 30ХГСА з нормалізацією і високим відпусткою (для легованих сталей).
Нормалі - болти, гвинти, гайки, шпильки виготовляють з поліпшуються вуглецевих і легованих сталей.
Руйнування їх в конструкціях буває в'язким (через низьку міцності в нетермообработанном стані або при недостатній твердості) і тендітним, найбільш небезпечним, (через високу твердості або поверхневого наклепу, що не знятого відпал рекристалізації).
Встановлено, що максимальною крихкої міцності відповідає твердість HRC 30-35. Тому деталі кріплення, що працюють без високих напруг, виготовляють з сталей 40, 40Х, 30ХГС нормалізованими (HRC 25-30); які відчувають високі і складні напруги - з 40Х, 40ХН, 40ХНМА поліпшеними або нормалізованими (HRC 30-35).
Кріпильні деталі, одержувані холодної висадкою, нормалізують (880-900 ° С) для зняття наклепу.
Ресори і пружини повинні володіти високою межею пружності і опором втоми, в них не припустима пластична деформація і, отже, не потрібна висока ударна в'язкість і пластичність.
Тому їх виготовляють зі спеціальних рессорно-пружинних сталей, головна властивість яких - високий межа пружності (плинності) для вуглецевих ³800 МПа, а для легованих - ³1000 МПа при пластичності δ = 5%, ψ = 20-25%.
Підвищені значення межі пружності цих сталей досягаються загартуванням і середнім відпусткою (400-500 ° С) на троостіт.
Для виготовлення ресор і пружин необхідно вибирати сталь, склад якої забезпечує наскрізну прокаливаемость вироби і структуру троостита по всьому перетину.
Тому пружини невеликих перетинів, які відчувають невисокі напруги, виготовляють з вуглецевих сталей 65, 70, 75, 85 з загартуванням в маслі; пружини великого перерізу (до 5-8 мм) - з загартуванням у воді і середнім відпусткою; великі і високонавантажені пружини і амортизатори (пружини валів, автомобільні ресори, торсіонні вали) виготовляють з кременистих сталей 55С2, 60С2А, 70СЗА і більш легованих - 50ХГА, 50ХГФА, 60С2ХФА, 65С2ВА, 60С2Н2А, термічна обробка яких складається з гарту (800-650 ° С) в олії або воді і відпустки (400-500 ° С) на троостіт (HRC 35-45, σв = 1300-1600 МПа).
Нерідко пружини виготовляють з патентованою холоднотянутой дроту і стрічки з сталей 65, 65Г, 70, високі механічні властивості яких досягаються патентуванням і подальшим протягуванням (ступінь деформації ³ 70%).
Патентування - нагрівання вище АС3 на 150-200 ° С і швидке охолодження при 450-550 ° С - відноситься до відпалу 2-го роду і є різновидом ізотермічної обробки. Структура після виходу з ванни - дисперсна ферріто-цементітная суміш, звана сорбитом патентування або троостита.
Крім Патентірованний сталей, використовують також вуглецеві інструментальні У7, У8, У9, У10 в вигляді холоднотянутой дроту (серебрянки). Наклеп (нагартовка) їх холодним протягуванням створює високу твердість і пружність. Патентіруют і простягають стрічку і дріт на металургійних заводах, а на машинобудівних виробляють тільки навивання пружин і відпустку (250-350 ° С) для зняття напружень.