ISO 6336-5:1996
(Main)Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 5: Strength and quality of materials
Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 5: Strength and quality of materials
Describes contact and tooth-root stresses and gives numerical values for both limit stress numbers.
Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à dentures droite et hélicoïdale — Partie 5: Résistance et qualité des matériaux
La présente partie de l'ISO 6336 décrit les pressions de contact et les contraintes en pied de dent, et donne des valeurs numériques pour ces deux caractéristiques. Les exigences pour la qualité du matériau et le traitement thermique sont spécifiées, ainsi que des indications de leur influence sur chacune des contraintes de références. Les valeurs données dans la présente partie de l'ISO 6336 sont valables pour les méthodes de calcul définies dans l'ISO 6336-2 et l'ISO 6336-3 et dans les normes d'application pour engrenages de mécanique générale, engrenages à grande vitesse et engrenages marins. Elles peuvent être également utilisées dans les méthodes de calcul de l'ISO 10300 pour déterminer la capacité de charge des engrenages coniques. Les précisions données dans la présente partie de l'ISO 6336 sont applicables à tous les engrenages, aux tracés de référence, aux dimensions, conception, etc., définis dans les normes mentionnées ci-dessus. Les résultats sont en bon accord avec d'autres méthodes pour le domaine tel qu'indiqué dans le domaine d'application de l'ISO 6336-1.
General Information
Relations
Frequently Asked Questions
ISO 6336-5:1996 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 5: Strength and quality of materials". This standard covers: Describes contact and tooth-root stresses and gives numerical values for both limit stress numbers.
Describes contact and tooth-root stresses and gives numerical values for both limit stress numbers.
ISO 6336-5:1996 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 21.200 - Gears. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
ISO 6336-5:1996 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to SIST ISO 6336-5:2004, ISO 6336-5:2003. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
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Standards Content (Sample)
IS0
INTERNATIONAL
6336-5
STANDARD
First edition
1996-06-I 5
Calculation of load capacity of spur and
helical gears -
Part 5:
Strength and quality of materials
Calcul de la capacitk de charge des engrenages cylindriques 2 dentures
droite et hklicoidale -
Partie 5: Rkstance et qua/it@ des matbiaux
Reference number
IS0 6336-5:1996(E)
IS0 6336~%I 996(E)
Contents
Page
Introduction . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Normative references . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
. . . . . . ,.,,.,.*
3 Definitions and Symbols . .
4 Methods for the determination of allowable stress numbers
Standard allowable stress numbers - method B . . . . . . . . 3
Requirements for material quality and heat treatment . . . 16
Annexes
A Considerations of the size of the controlling section for
through hardened gearing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B Certificates
Table of hardness conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
C
Testing surface hardness with a file . . . . . . . . . . . . . . . . 33
D
E Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
0 IS0 1996
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be
reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including
photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 . CH-1211 Geneve 20 . Switzerland
Printed in Switzerland
ii
IS0 6336=5:1996(E)
0 IS0
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work
of preparing International Standards is normally carried out through IS0
technical committees. Each member body interested in a subject for
which a technical committee has been established has the right to be
represented on that committee. International organizations, governmental
and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting
a vote.
International standard IS0 6336-l was prepared by Technical Committee
ISO/TC 60, Gears, Subcommittee SC 2, Gear capacity calculation.
IS0 6336 consists of the following parts, under the general title
Calculation of load capacity of spur and helical gears:
- Part I: Basic principles, introduction and general influence factors
- Par? 2: Calculation of surface durability (pitting)
- Part 3: Calculation of tooth bending strength
- Part 5: Strength and quality of materials
Annex A forms an integral part of this part of IS0 6336. Annexes B to E
are for information only.
I).
III
0 IS0
IS0 6336=5:1996(E)
Introduction
This part of IS0 6336 and parts I, 2 and 3 provide the principles for a
coherent system of procedures for the calculation of the load capacity of
cylindrical involute gears with external or internal teeth. IS0 6336 is
designed to facilitate the application of future knowledge and
developments, also the exchange of information gained from experience.
Allowable stress numbers, as covered by this part of IS0 6336, may vary
widely. Such variation is attributable to defects and variations of: chemical
composition (charge), structure, the type and extent of hot working (e.g.,
bar stock, forging, reduction ratio), heat treatment, residual stress levels,
etc.
Tables summarize the most important influencing variables and the
requirements for the different materials and quality grades. The effects of
these influences on surface durability and tooth bending strength are
illustrated by the graphs in figures 1 to 14.
This part of IS0 6336 covers the most widely used gear steels and related
heat treatment processes. Recommendations on the choice of specific
materials, heat treatment processes or manufacturing processes are not
included. Furthermore, no comments are made concerning the suitability,
or otherwise, of any materials for specific manufacturing or heat treatment
processes.
Calculation of load capacity of spur and helical gears -
Part 5: Strength and quality of materials
1 Scope
IS0 6336 describes contact and tooth-root stresses, and gives numerica ,I values for both limit stress
This part of
numbers.
Requirements for material quality and heat treatment are specified, together with comments on their influences on
both limit stress numbers.
Values in accordance with this part of IS0 6336 are suitable for use with the calculation procedures provided in
IS0 6336-2 and IS0 6336-3 and in the application standards for Industrial, High Speed and Marine Gears. They
are also suited to the calculation procedures in IS0 10300 for rating the load capacity of bevel gears.
The information in this part of IS0 6336 is applicable to all gearing, basic rack profiles, profile dimensions, design,
etc., covered by the above mentioned standards. The results are in good agreement with other methods for the
range as indicated in the scope of IS0 6336-l l
2 Normative references
The following standards contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of this part of
IS0 6336. At the time of publication, the editions indicated were valid. All standards are subject to revision, and
parties to arrangements based on this part of IS0 6336 are encouraged to investigate the possibility of applying the
most recent edition of the standards indicated below. Members of IEC and IS0 maintain registers of currently valid
International Standards.
Cylindrical gears for general and heavy engineering - Basic rack
IS0 53: 1974,
IS0 642: 1979, Steel - Hardenability test by end quenching (Jominy test)
IS0 643: 1983, Steel - Micrographic determination of the ferritic or austenitic grain size
IS0 683-l 1: 1987, Heat-treatable steels, alloy steels and free-cutting steels - Part I I: Wrought case-hardening
steels
Part 1: Geometrical definitions
IS0 1122-l : 1983, Glossary of gear terms -
IS0 2639: 1982, Steel - Determination and verification of the effective depth of carburized and hardened cases
IS0 3452: 1984, Non-destructive testing - Penetrant inspection - General principles
0 IS0
IS0 6336=5:1996(E)
Steel - Determination of effective depth of hardening after flame or induction hardening
IS0 3754: 1979,
Steel - Determination of content of non-metallic inclusions - Micrographic method using
IS0 4967: 1979,
standard diagrams
- IS0 system of accuracy - Part 1: Definitions and allowable values of
IS0 1328-1: 1995, Cylindrical gears
deviations relevant to corresponding flanks of gear teeth
Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 1: Basic principles, introduction and
IS0 6336-l : 1996,
general influence factors
IS0 6336-2: 1996, Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 2: Calculation of surface durability
(pitting)
Calculation of load capacity of spur and helical gears - Part 3: Calculation of tooth bending
IS0 6336-3: 1996,
strength
Heat-treatable and alloy steels - Surface quality classes for hot-rolled round bars and wire rods
IS0 9443: 1991,
- Technical delivery conditions
Types of inspection documents
EN 10204: 1991, Metallic products -
Tragfahigkeitsberechnung von Stirnradern
DIN 3990: 1987,
ANSVAGMA 2007-B92 Surface Temper Etch Inspection After Grinding
ASTM A388-91, Practice for Ultrasonic Examination of Heavy Steel Forgings
ASTM E428-92, Practice for Fabrication and Control of Steel Reference Blocks Used in Ultrasonic Inspection
ASTM A609-91, Practice for Castings, Carbon, Low Alloy and Martensitic Stainless Steel, Ultrasonic
Examination Thereof
ASTM E709-91, Practice for Magnetic Particle Examination
3 Definitions and symbols
For the purposes of this part of IS0 6336, the definitions given in IS0 1122-l apply. Symbols and units are given
in IS0 6336-l.
4 Methods for the determination of allowable stress numbers
Allowable stress numbers should be determined for each material and material condition, preferably by means of
gear running tests. Test conditions and component dimensions should equate, as nearly as is practicable, to the
operating conditions and dimensions of the gears to be rated.
When evaluating test results or data derived from field service, it is always necessary to ascertain whether or not
specific influences on permissible stresses are already included with the evaluated data, e.g. in the case of surface
durability, the effects of lubricants and surface roughness; in the case of tooth bending strength, the fillet radius and
surface roughness. Where appropriate, I,0 should be substituted for the relevant influence factor when calculating
the permissible stresses.
IS0 6336=5:1996(E)
0 IS0
41 . Method A
The allowable stress numbers for contact and bending are derived from endurance tests of gears having dimensions
closely similar to those of the gears to be rated, under test conditions which are closely similar to the intended
operating conditions.
42 . Method B
The allowable stress numbers for contact and bending are derived from endurance tests of reference test gears
under reference test conditions. Tooth-root allowable stress numbers are also derived from pulsator tests. Practical
experience should be taken into account. The standard allowable stress numbers in 5.2 and 5.3 are based on such
tests and experience.
Four different classes, MX, ME, MQ and ML, are given for the allowable stress numbers. The appropriate choice
of class will depend, as described in clause 6, on the type of production and quality control exercised.
. Method B,
Allowable stress numbers for bending are derived from the results of testing notched test pieces. Preferably the ratio
of the test piece notch radius to thickness should be similar to that of the fillet radius to the tooth-root chord in the
critical section. When evaluating test data, one should understand that test pieces are usually subjected to pure,
alternating bending stress, whereas in the case of a gear tooth the fillets of the teeth are subjected to combined
bending, shear and compressive stresses. Data on the various materials can be obtained from in-house testing,
experience or from the literature.
44 . Method BP
Allowable stress numbers for bending are derived from the results of testing un-notched test pieces. See 4.3 for
comments on evaluation of test results. In order to take into account the effect of notch sensitivity, it is necessary
that actual notch form and notch factors be included in calculations; thus their results will be influenced by the
extreme unreliability of these factors. Data on the various materials can be obtained from known test facilities or from
the literature (see bibliography in annex E).
5 Standard allowable stress numbers - method B
. Application
The allowable stress numbers shown in figures 1 to 14 are based on the assumption that material composition and
heat treatment are appropriately chosen for the size of the gear.
The data furnished in this part of IS0 6336 are well substantiated by tests and practical experience.
The values are chosen for 1 % probability of damage. Statistical analysis enables adjustment of these values in
order to correspond to other probabilities of damage.
When other probabilities of damage (reliability) are desired, the values of OH timy OF timy and GFE are adjusted by
an appropriate “reliability factor”. When this adjustment is made, a subscript is to be added to indicate the relevant
percentage (e.g. OH IimIO for 10 % probability of damage).
With the exception of nitrided, carbo-nitrided and nitro-carburized gear materials, the allowable stress numbers
indicated for contour-hardening processes apply for effective case depths of about 0,15 mr, to 0,2 m, on a finish-
machined gear. Excessive case depth can reduce the strength. For the definition of “optimum case depth”, see
footnote 3 in table 4.
0 IS0
IS0 6336=5:1996(E)
Allowable stress numbers indicated for nitrided test gears are appropriate for effective case depths of 0,4 mm to 0,6
The extent to which the level of surface hardness influences the strength of contour-hardened, nitrided, carbo-nitrided
and nitro-carburized gears, cannot be reliably specified. The condition of the elements of the material surface has
a much more pronounced influence.
Defects formed during manufacture, such as surface decarburization, inter-granular oxidation, local temper due to
grinding, grinding notches (at tooth-roots), grooves and cracks initiated by inadequate grinding and heat treatment
processes can effectively reduce the strength of all materials
In some cases the full hardness range is not permissible. The restricted ranges are indicated by the length of the
lines in figures 1 through 14.
For surface-hardened steels (figures 9 through 14), the HV 1 scale was chosen as the reference axis. The HRC
To define the relationship between Vickers and Rockwell hardness numbers
scale is included for comparison.
conversion tables are included in annex C.
52 .
Allowable stress number (contact), OH lim
is derived from a contact pressure that may be sustained for a specified number
The allowable stress number, OH timy
For some materials 5 x 1 O7 stress cycles are considered
of cycles, without the occurrence of progressive pitting.
to be the beginning of the longlife strength range (see life factor in IS0 6336-2).
indicated in figures 1, 3, 5, 6, 9, 10 and 13 $[e appropriate for the reference operating conditions
values of OH lim
and dimensions of the reference test gears, as shown below’):
Centre distance a =I00 mm
= =
Helix angle
P 0 (Z I>
P
Module m =3mmto5mm(ZX=1)
Mean peak-to-valley roughness of the tooth flanks R =3pm(ZR=1)
Z
Tangential velocity V = 10 m/s (Z,= 1)
Lubricant viscosity = 100 mm*/s (ZL = 1)
v50
Mating gears of the same material
(Z w =I>
Gearing quality grades 4 to 6 per IS0 1328-1
Load influence factors KA = Kv = KHp = KHa = 1
r)\
When these conditions are mefL), test gears are deemed to have failed when 2% of the total working flank area
of through hardened gears, or when 0,5% of the total working flank area of surface hardened gears, or 4% of the
working flank area of a single tooth, is damaged by pitting.
1) Data obtained under different conditions of testing were adjusted to be consistent with reference conditions.
It is important to note OH tim is
not the contact pressure under continuous load, but rather the upper limit of the contact pressure derived in accordance with IS0 6336-2, which
may be sustained without progressive pitting damage, for a specified number of load cycles.
2) The percentages refer to test evaluations; they are not intended as limits for product gears.
IS0 6336=5:1996(E)
0 IS0
53 . Bending stress number values for OF lim and oFE
Nominal stress numbers (bending), OF lim
5.3.1
The nominal stress number (bending), OF timy was determined by testing reference test gears (see IS0 6336-3). It
is the bending stress limit value relevant to the influences of the material, the heat treatment, and the surface
roughness of the test gear root fillets.
53.2 Allowable stress number (bending), CJFE
The allowable stress number for bending, “FE, is the basic bending strength of the un-notched test piece, under the
assumption that the material condition (including heat treatment) is fully elastic:
. . .
(1)
OFE = OF lim ‘ST
For the reference test gear, the stress COrreCtiOn factor yST = 2,0. For most materials, 3 x IO6 stress cycles are
considered to be the beginning of the longlife strength range (see life factor in IS0 6336-3).
indicated in figures 2, 4, 7, 8, 11, 12 and 14 are appropriate for the reference operating
Values of OF tim and oFE
conditions and dimensions of the reference test gears, as shown below (see 5.2, footnote 2):
= 0 (Yp = 1)
- Helix angle
P
m = 3 mm to 5 mm (Yx = 1)
- Module
YST = 2,0
- Stress correction factor
- Notch parameter =2,5(yspiT=1)
qT S
- Peak-to-valley roughness of the tooth fillets R
= lo pm cyR rel T= I>
Z
- Gearing quality grades 4 to 7 per IS0 1328-1
- Basic rack per IS0 53
=10mmto50mm
- Facewidth b
KA = Kv = KFp = KFa = 1
- Load factors
5.3.3 Reversed bending
The allowable stress numbers indicated in figures 2, 4, 7, 8, II, 12 and 14 are appropriate for repeated,
unidirectional, tooth loading. When reversals of full load occur, a reduced value of oFE is required. In the most
severe case (e.g. an idler gear where full load reversal occurs each load cycle), the values OF tim and oFE should
be reduced by a factor of 0,7. If the number of load reversals is less frequent than this, a different factor, depending
on the number of reversals expected during the gear lifetime, can be chosen. For guidance on this consult the
appropriate literature.
54 . Graphs for OH lim and OF lim and oFE
Allowable stress numbers for hardness values which exceed the boundaries in figures 1 to 14 are subject to
agreement between manufacturer and purchaser on the basis of previous experience.
0 IS0
IS0 6336=5:1996(E)
600 l
ME ~
N/t-m2 ~
Nl7-T-l 2
t
c 400
-
-
E
C
I
I
b
b
300 300
200 200
150 200 250 100 150 200 250
Surface hardness HB + Surface hardness HB ------+
b) Cast steels
a) Normalized structural steels
Figure 1 - Allowable stress numbers (contact) for normalized structural steels and cast steels
(see 6.2.1)
f
b
b
b
0'0
100 200
100 200
Surface hardness HB +
Surface hardness HB +
a) Normalized structural steels
b) Cast steels
Figure 2 - Nominal and allowable stress numbers (bending) for normalized structural steels and cast
steels (see 6.2.1)
IS0 6336~5:1996( E)
0 IS0
N4Tl 2
t
z
=
!I
=
I
I
b
b
Surface hardness HB -b
Surface hardness HB ---w
b) Nodular cast iron (see table 1)
a) Black malleable cast iron (see 6.2.2)
t
c
=
I
b
Surface hardness HB .-------w
c) Grey cast iron (see table 1)
For gears, this condition is not
NOTE - Brine11 hardness HB < 180 indicates the presence of a high proportion of ferrite in the structure.
recommended.
Figure 3 - Cast iron materials: Allowable stress numbers (contact)
0 IS0
IS0 6336=5:1996(E)
60@
N4-m 2
N~-I 2
I
f
If
Ll-
b
b
0 0
100 200 300
Surface hardness HB +
a) Black malleable cast iron (see 6.2.2)
. 600
ME N4Tl 2
N4lR 2
200 400 t
c
ZZZZ
f
Ll-
b
b
100 200
0 0
100 200 300
Surface hardness HB ----b
b) Nodular cast iron (see table 1)
300 600
N/nn 2 N/r--m 2
t 200 400 t
ET
=
I?
LL-
ME b
b
100 200
_ - MQ=ML
I _ -
+---
0 0
100 200 300
Surface hardness HB -----b
Grey cast iron (see table 1)
NOTE - Brine11 hardness HB < 180 indicates the presence of a high proportion of ferrite in the structure. For gears, this condition is not
recommended.
Figure 4 - Cast iron materials: Nominal and allowable stress numbers (bending)
0 IS0 IS0 6336-5: 1996(E)
/Carbon steels ME 1
Ez
.-
I
/ MQ
y’
@l---L-
b
100 200
Surface hardness HV 10 (= HB> +
NOTE - Nominal carbon content 2 0,20 %
Figure 5 - Through hardening steels: Allowable stress numbers (contact) (see table 2)
IS0 6336-5:1996(E) 0 IS0
N4-l-l 2
MQ - ML1
-
I
b
Carbon steels
100 200
Surface hardness HV 10 (= HB) +
Figure 6 - Cast steels: Allowable stress numbers (contact) (see table 3)
IS0 6336=5:1996(E)
0 IS0
ir
-
600 f
L
b
b
- =-ML
-
- Carbon steels
100 200 300
Surface hardness HV 10 (=HB) e
NOTE - Nominal carbon content 2 0,20 %
Figure 7 - Through hardening steels: Nominal and allowable stress numbers
(bending) (see table 2)
N/nn 2 N/nn 2
f
c
-
-
600 k
I
b
b
MO-ML
Carbon steels
I I
100 2010
Surface hardness HV 10 (=HB) +
Figure 8 - Cast steels: Nominal and allowable stress numbers (bending) (see table 3)
0 IS0
IS0 6336=5:1996(E)
ME
No-n2
Adequate case depth required
MQ
1500 II--
c
.-
I
b
ML i
1300 ppp-p--
ä
HRC
50 55 60
600 800
500 700
Surface hardness HVl ,-w
Figure 9 - Case hardening (carburized) steels: Allowable stress numbers (contact)
(see table 4)
N4-7n 2
,ME
, MQ
-
1200 -
-/-
i
t
.-
ML
I
#T
b
t4
HRC
50 55
60 65
600 800
Surface hardness HVl .-------+
Figure 10 - Flame or induction hardened steels: Allowable stress numbers (contact) (see table 5)
IS0 6336=5:1996(E)
0 IS0
N4-li-7*
[U/nn2
c
.-
600 k?
l-l- 300
b
450 500 600 700 800
Surface hardness HVI -p+
Figure 11 - Case hardening (carburized) steels: Nominal and allowable stress numbers (bending)
(see table 4)
600 1200
I-L- 300 600 b?
b
b
Surface hardness HVl -p+
NOTE - Hardened fillets only. Values for unhardened fillets are not provided
Figure 12 - Flame or induction hardened steels: Nominal and allowable stress numbers (bending)
(see table 5)
0 IS0
IS0 6336=5:1996(E)
ME
-mm--
NAl7n 2
f
MQ
-- em
b
- l m m- ML
-= -
30 35 40 45 50 55
60 HRC t 65
800 900
300 400 500 600 700
Surface hardness HW +
a) Gas nitriding steels: hardened, tempered, and gas nitrided (see table 6)
1 i ME
N mr12
t
c
=
I
b
- -- -- -= - ML
30 35 40 45 50 55 60 HRC 65
800 90 0
500 600 700
300 400
Surface hardness HVl +
b) Through hardening steels: hardened, tempered and gas nitrided (see table 6)
N&-m 2
700 I
-- -, ML
6oo 30 35 40 45 50 55
60 HRC 4 65
300 400
500 600 700 800 900
Surface hardness HVl +
c) Through hardening steels: hardened, tempered or normalized and nitro-carburized (see table 7)
NOTE - On plasma nitrided gears, see literature for values. Working trials for reliability of process are recommended.
Figure 13 - Gas nitrided and nitro-carburized steels: Allowable stress numbers (contact)
IS0 6336=5:1996(E)
0 IS0
-I
NATI 2
NAT-I 2
ME
--- IMQ
400 900
$
f
!z 600
=
- - - -ML
tLu
Ll-
b
b
I
50 55 ) 65
30 35 40 45 60 HRC
300 400 500 600 700 800 900
Surface hardness HVl .-b
a) Gas nitriding steels: hardened, tempered, and gas nitrided (see table 6)
N&m 2
N/r-m 2
400 900
t
I
lz 600
.ZZ
k
- - -AL
Ll-
b
b
3035 40 45 50 55 60 HRC t 65
800 900
600 700
300 400 500
Surface hardness HVl +
b) Through hardening steels: hardened, tempered and gas nitrided (see table 6)
N4Tl 2
N/m 2
t 400
I’
1 ME=MQ
I
t
E
kf
!-I-
- s- =- c- rea -a am - ML b
b
HRC ) 65 65
30 35 40 45 50 55 60
I 200
700 800 900
300 400 500 600
Surface hardness HVl +
c) Through hardening steels: hardened, tempered or normalized and nitro-carburized (see table 7)
NOTE - On plasma nitrided gears, see literature for values. Working trials for reliability of process are recommended. For flank hardness
HVl > 750, the allowable stress number can be reduced by embrittlement when the white layer thickness exceeds 10 pm.
Figure 14 - Gas nitrided and nitro-carburized steels: Nominal and allowable stress numbers (bending)
0 IS0
IS0 6336-5: 1996(E)
6 Requirements for material quality and heat treatment
61 I General aspects
The three material quality grades, ML, MQ and ME, stand in relationship to figures 1 to 14 which means that they
refer to the allowable stress numbers determined using method B. See 4.2, 5.2 and 5.3:
ML stands for modest demands on the material quality and on the material heat treatment process during gear
manufacture.
MQ stands for requirements that can be met by experienced manufacturers at moderate cost.
ME represents requirements that must be realized when a high degree of operating reliability is required.
MX represents requirements for through hardened alloyed steels with special considerations of hardenability and
microstructure.
Frequently high-quality material is used to achieve high reliability or load-bearing capability: this enables the
manufacture of gears that require less material (light-weight design), at increased cost.
The requirements listed in 6.2 have been confirmed by practical experience and can be used as guidelines. All
requirements for a material grade shall be met when the allowable stress numbers are to be applied. However,
depending on their experience, manufacturers can adopt methods or values other than those listed here. It is
recommended that the manufacturer and the customer agree on the details, particularly for large gears.
62 . Material quality and heat treatment requirements
6.2.1 Structural or cast steel, plain carbon, unalloyed steels (see figures 1 and 2)
Since the composition of these is not specified and the melting method is often unknown, the MQ line was positioned
at the lower limit (ML). Structural steels are used only for lightly loaded gears and secondary applications. If high
quality of steel production is achieved and when justified by experience the levels of ME may be used.
6.2.2 Black malleable cast iron (see figures 3 and 4)
However, since it is ordinarily used for small, lightly
High quality can be achieved through controlled heat treatment.
loaded gears, the MQ line was positioned at the lower limit (ML) to be on the safe side. When justified by experience
the levels of ME may be used.
6.2.3 Other materials (see figures 5 to 14)
Material quality and heat treatment requirements for other materials are given in tables 1 to 7.
IS0 6336=5:1996(E)
0 IS0
Table 1 - Cast iron materials (grey and nodular (spheroidal) graphite cast iron)
Nodular cast iron (see figures 3 and 4)
Grey cast iron (see figures 3 and 4)
Item Requirement
ML MQ ME
ML MQ ME
100% verified. Not verified 100% verified.
1 Chemical analysis Not verified
Foundry certificate
Foundry certificate
No specification Electric furnace or equivalent
2 Melting practice No specification Electric furnace or
equivalent
Only HB Only HB
3 Mechanical OS (“0 2) OB 6S w
Specific test report on Specific test report per EN
properties
a separate test piece 10204 of physical testing on a
evaluation
from the same cast representative sample which is
an integral part on each test
piece, heat treated with the
parts before being cut.
Verification of HB on gear teeth
or as near as practicable.
4 Specified but Limited as per Not verified Limited
Structure:
not verified DIN 3990
Graphite form
Basic structure No specification Maximum ferrite: 5%
(alloyed grey
cast iron,
maximum
ferrite: 5%)
Tested (pores, cracks, Not tested Tested (pores, cracks, blow-
5 Tests for inner Not tested
separations blow-holes), limited holes), limited defects
defects
(cracks)
6 Stress relief Not required Recommended: 2 h Not required Recommended: 2 h at 500 “C
at 500 to 530 “C. to 560 “C
Alloyed, grey cast iron
2h at 530 to 560 “C
7 Repair welding Not permitted near tooth region; Not permitted near Not permitted
elsewhere, permissible only with approved tooth region,
elsewhere, permissible
processes
only with approved
processes
8 Surface crack Not tested Dye penetrant test Not tested Cracks not permitted. 100%
detection magnetic particle or dye
penetrant inspection. Random
sampling permitted for large
production lots.
0 IS0
IS0 6336-U 996(E)
Table 2 - Through hardening steels, not surface hardened (forged or rolled) (see figures 5 and 7)
MX
ML MQ ME
Item Requirement
1 Not verified Specific test report per EN 10204 with 100 % traceability to the original cast.
Chemical analysis
3er IS0 683-l I’)
2 HB
Vlechanical OS to0 2) OB 6S w 0s co0 2) OB 6S w
Specific test report per EN 10204 Specific test report per EN 10204
oroperties after
of physical testing on a of physical testing on a
qeat treatment
representative sample from the representative sample from the
same cast, heat treated with the same cast, heat treated with the
parts, for forgings or rolled bars parts, for forgings or rolled bars
larger than 250 mm diameter and larger than 250 mm diameter and
verification of surface hardness verification of surface hardness
(HB) for all parts. Optional per (HB) for all parts. Optional per
customer/supplier agreement.
customer/supplier agreement.
Material hardenability and heat
treat practice shall be sufficient to
obtain specified minimum
hardness at depth corresponding
to the tooth roots. Controlling
section examples are in annex B.
3 Cleanness per No The steel shall be deoxidized and refined in the ladle. Steel shall be vacuum degassed. The
steel shall be protected from reoxidation during the teeming or casting. Intentional calcium
IS0 49672) specification
additions are prohibited unless authorized by the customer. Oxygen content 25 ppm
maximum. Cleanness er IS0 4967, procedure per method B, Plate II, inspected area
B
approximately 200 mm and the following acceptance table. Test report per EN 10204
A B C D
Fine Thick Fine Thick Fine Thick Fine Thick
MQ 3,0 3,0 2,5 1,5 2,5 1,5 2.0 1,5
ME 3,0 2,0 2,5 1,5 1,o l,o I,5 l,o
MX 3,0 2,o 2,5 I,5 l,o l,o I,5 I,0
Fine grain, predominantly 5 and finer. Test report per EN 10204
4 Grain size per No
IS0 643 specification
5 Non destructive testing
5.1 Ultrasonic test (in No Checked after forging. Specific test report per EN 10204. Recommended. Suggested for
large diameter parts to detect flaws before the expense of tooth cutting. Inspection per ASTM
rough machined specification
A388, using either the back reflection or reference block 8-0400, 3,2 mm flat bottom hole per
condition) per
ASTM E428 technique. Inspection is from the outside diameter to the mid-radius and a 360
IS0 9443
degree scan is required. A distance amplitude correction curve (single point DAC) is not
intended. Other UT specifications which ensure the same quality level are permitted.
I
5.2 Surface cracks Forging and quench cracks not Forging and quench cracks not permitted. Ground gears shall be
detection (in permitted. inspected for surface cracks. Method to be agreed between buyer
I
finished condition, and seller.
before any shot
peening treatment)
-
6 No At least 3-fold
specification
/
7 Microstructure No specification Minimum temper temperature Microstructure in gear rim
480 OC. Root hardness shall predominar$ly tempered
meet drawing requirements. martensite
NOTE - When the casting quality meets the quality criteria for wrought (forged or rolled) steels, wrought steel allowable stress numbers
may be used in gear rating calculations for cast steel gears operating with wrought steel pinions. Suitability of using wrought steel allowable
stress numbers for casting rating calculations mus
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 6336-5
Première édition
1996-06-15
Calcul de la capacité de charge des
engrenages cylindriques à dentures droite
et hélicoïdale —
Partie 5:
Résistance et qualité des matériaux
Calculation of load capacity of spur and helical gears —
Part 5: Strengh and quality of materials
Numéro de référence
©
ISO 1996
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Fax. + 41 22 734 10 79
E-mail copyright@iso.ch
Web www.iso.ch
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ImpriméenSuisse
ii © ISO 1996 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos.iv
Introduction.v
1 Domaine d'application.1
2 Références normatives .1
3 Définitions et symboles .2
4 Méthode pour la détermination des contraintes admissibles.2
5 Valeurs normalisées pour la contrainte admissible de référence — Méthode B.3
6 Exigences pour la qualité et le traitement thermique du matériau.18
Annexe A (normative) Dimensions de la section de contrôle pour les engrenages traités dans la
masse.31
Annexe B (informative) Certificats.33
Annexe C (informative) Tableau de conversion de dureté.34
Annexe D (informative) Mesure de la dureté superficielle à l'aide d'une lime .35
Annexe E (informative) Bibliographie .37
© ISO 1996 – Tous droits réservés iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO, participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
La Norme internationale ISO 6336-5 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 60, Engrenages, sous-comité
SC 2, Calcul de la capacité de charge.
L'ISO 6336 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Calcul de la capacité de charge des
engrenages cylindriques à dentures droite et hélicoïdale:
� Partie 1: Principes de base, introduction et facteurs généraux d'influence.
� Partie 2: Calcul de la résistance à la pression de contact (piqûres)
� Partie 3: Calcul de résistance à la flexion en pied de dent
� Partie 5: Résistance et qualité des matériaux
L'annexe A fait partie intégrante de la présente partie de l'ISO 6336. Les annexes B à E sont données uniquement
à titre d'information.
iv © ISO 1996 – Tous droits réservés
Introduction
La présente partie de l'ISO 6336 et les parties 1, 2 et 3 donnent les principes pour un système cohérent de
méthodes pour le calcul de la capacité de charge des engrenages à profil en développante de cercle à denture
extérieure ou intérieure. L'ISO 6336 est conçue pour faciliter l'application des connaissances et développements
futurs, également pour échanger les informations issues de l'expérience.
Les contraintes admissibles, telles que celles décrites dans la présente partie de l'ISO 6336, peuvent varier très
largement. De tels écarts sont dus aux défauts et variations: de la composition chimique (charge), de la structure,
de la nature et du processus d'élaboration (par exemple laminage, forgeage, rapport de réduction), du traitement
thermique, des niveaux de contrainte résiduelle, etc.
Les tableaux résument les paramètres d'influence les plus importants et les exigences quant aux différentes
classes de qualité pour chaque catégorie de matériau. Les effets de ces paramètres sur la résistance à la pression
de contact et la résistance à la flexion sont illustrés par les graphiques des figures 1 à 14.
La présente partie de l'ISO 6336 concerne les aciers pour engrenage qui sont les plus employés et traite des
méthodes de traitement thermique. Les recommandations sur le choix d'un matériau particulier, d'une méthode de
traitement thermique ou d'un procédé d'élaboration sont exclues. De plus, il n'est fait aucune mention concernant
l'aptitude ou tout autre paramètre de n'importe quel matériau vis-à-vis d'une méthode de taillage spécifique ou
d'une méthode de traitement thermique.
© ISO 1996 – Tous droits réservés v
NORME INTERNATIONALE ISO 6336-5:1996(F)
Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à
dentures droite et hélicoïdale —
Partie5:
Résistance et qualité des matériaux
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 6336 décrit les pressions de contact et les contraintes en pied de dent, et donne des
valeurs numériques pour ces deux caractéristiques.
Les exigences pour la qualité du matériau et le traitement thermique sont spécifiées, ainsi que des indications de
leur influence sur chacune des contraintes de références.
Les valeurs données dans la présente partie de l'ISO 6336 sont valables pour les méthodes de calcul définies dans
l'ISO 6336-2 et l'ISO 6336-3 et dans les normes d'application pour engrenages de mécanique générale,
engrenages à grande vitesse et engrenages marins. Elles peuvent être également utilisées dans les méthodes de
calcul de l'ISO 10300 pour déterminer la capacité de charge des engrenages coniques.
Les précisions données dans la présente partie de l'ISO 6336 sont applicables à tous les engrenages, aux tracés
de référence, aux dimensions, conception, etc., définis dans les normes mentionnées ci-dessus. Les résultats sont
en bon accord avec d'autres méthodes pour le domaine tel qu'indiqué dans le domaine d'application de
l'ISO 6336-1.
2 Références normatives
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 6336. Au moment de la publication, les éditions indiquées
étaient en vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente
partie de l'ISO 6336 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les éditions les plus récentes des normes
indiquées ci-après. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur
à un moment donné.
ISO 53:1974, Engrenages cylindriques de mécanique générale et de grosse mécanique — Crémaillère de
référence.
ISO 642:1979, Aciers — Essai de trempabilité par trempe en bout (essai Jominy).
ISO 643:1983, Aciers — Détermination micrographique de la grosseur du grain ferritique ou austénitique des
aciers.
ISO 683-11:1987, Aciers pour traitement thermique, aciers alliés et aciers pour décolletage — Partie 11: Aciers
corroyés pour cémentation.
ISO 1122-1:1983, Vocabulaire des engrenages — Partie 1: Définitions géométriques.
ISO 2639:1982, Acier — Détermination et vérification de la profondeur conventionnelle de cémentation.
© ISO 1996 – Tous droits réservés 1
ISO 3452:1984, Essais non destructifs — Contrôle par ressuage — Principes généraux.
ISO 3754:1976, Acier — Détermination de la profondeur conventionnelle de trempe après chauffage superficiel.
ISO 4967:1979, Aciers — Détermination de la teneur en inclusions non métalliques — Méthodes micrographique à
l'aide d'images types.
ISO 1328-1:1995, Engrenages cylindriques — Système ISO de précision — Partie 1: Définitions et valeurs
admissibles des écarts pour les flancs homologues de la denture.
ISO 6336-1:1996, Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à dentures droite et hélicoïdale —
Partie 1: Principes de base, introduction et facteurs généraux d'influence.
ISO 6336-2:1996, Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à dentures droite et hélicoïdale —
Partie 2: Calcul de la résistance à la pression de contact (piqûres).
ISO 6336-3:1996, Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques à dentures droite et hélicoïdale —
Partie 3: Calcul de résistance à la flexion en pied de dent.
ISO 9443:1991, Aciers pour traitements thermiques et aciers alliés — Classes de qualité de surface des ronds et
fils-machine laminés à chaud — Conditions techniques de livraison.
EN 10204:1991, Produits métalliques — Types de documents de contrôle.
DIN 3990:1987, Calcul de la capacité de charge des engrenages cylindriques.
ANSI/AGMA 2007-B92, Contrôle par voie chimique après rectification.
ASTM A388-91, Méthode pratique pour contrôle par ultrasons des aciers lourds forgés.
ASTM E428-92, Méthode pratique pour la fabrication et le contrôle des blocs d'acier de référence utilisés au cours
des contrôles par ultrasons.
ASTM A609-91, Méthode pratique par ultrasons des aciers non alliés, faiblement alliés et inox martensitiques
moulés.
ASTM E709-91, Méthode pratique pour le contrôle par magnétoscopie.
3 Définitions et symboles
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 6336, les définitions données dans l'ISO 1122-1 s'appliquent. Les
symboles et les unités sont donnés dans l'ISO 6336-1.
4 Méthode pour la détermination des contraintes admissibles
Il convient de déterminer le plus souvent possible par des essais d'engrenages, les contraintes admissibles de
référence, pour chaque matériau et chaque état de matériau. Il convient que les conditions d'essai et les
dimensions des roues d'essai soient aussi proches que possible de celles des roues calculées.
Dans l'exploitation des résultats d'essai ou de données issues du fonctionnement en service, il est indispensable
d'examiner si certains facteurs d'influence sur les contraintes admissibles sont déjà inclus ou non dans la donnée à
estimer. Par exemple, pour la pression de contact, l'influence du film de lubrifiant et de la rugosité des flancs; pour
la contrainte admissible au pied de dent, le rayon et la rugosité de l'arrondi en pied de dent. Il convient de
substituer 1,0 au facteur d'influence au cours du calcul de la contrainte admissible quand cela est pertinent.
2 © ISO 1996 – Tous droits réservés
4.1 Méthode A
Les valeurs de contraintes admissibles de référence pour la pression de contact et la flexion sont déterminées par
des essais avec des roues, dont les dimensions sont identiques ou voisines de celles des roues calculées dans
des conditions d'essai qui sont proches des conditions de fonctionnement.
4.2 Méthode B
Les contraintes admissibles de référence, pour la pression de contact et la flexion, sont déterminées sur la base
des conditions d'essai normalisées avec des roues dentées d'essai de référence. La contrainte admissible de
référence en pied de dent est déterminée par des essais au pulsateur. Il convient de prendre en considération
l'expérience pratique. Les valeurs indicatives données en 5.2 et 5.3 reposent sur de tels essais ou de telles
expériences.
Les quatre classes différentes, MX, ME, MQ et ML, sont définies pour les contraintes admissibles de référence. Le
choix de la classe dépendra du type de production et des contrôles de qualité réalisés comme décrit dans
l'article 6.
4.3 Méthode B
k
Les contraintes admissibles de référence, pour la sollicitation en flexion, sont déterminées au moyen d'essais sur
éprouvettes entaillées. Il convient que le rapport du rayon d'entaille à l'épaisseur soit de préférence comparable à
celui du rayon d'arrondi à l'épaisseur à la corde dans la section critique. Au cours de l'exploitation des résultats, il
convient de tenir compte du fait que les éprouvettes sont habituellement soumises à une charge alternée de flexion
simple, alors que les pieds de dent sont soumis à une combinaison de sollicitations répétées, en flexion,
compression et cisaillement. Les caractéristiques des différents matériaux peuvent être obtenues au moyen
d'essais internes ou de la documentation disponible.
4.4 Méthode B
P
Les contraintes admissibles de référence, pour une sollicitation en flexion, sont déterminées à partir d'essais sur
des éprouvettes non entaillées. En ce qui concerne l'exploitation des résultats, voir 4.3. Pour prendre en
considération l'influence de la sensibilité de l'entaille, il est nécessaire d'inclure dans les calculs la forme et les
facteurs d'entaille, ainsi leurs résultats seront influencés par la grande incertitude de ces facteurs. Les
caractéristiques des différents matériaux peuvent être obtenues au moyen d'essais courants ou de la
documentation disponible (voir la bibliographie en annexe E).
5 Valeurs normalisées pour la contrainte admissible de référence — Méthode B
5.1 Application
Les contraintes admissibles de référence, proposées dans les figures 1 à 14, reposent sur l'hypothèse d'une
composition du matériau et d'un traitement thermique adaptés à la dimension de l'engrenage.
Les données fournies dans la présente partie de l'ISO 6336 sont tout à fait justifiées suite à des essais et à
l'expérience pratique.
Les valeurs données sont valables pour une probabilité de détérioration de 1 %. L'analyse des statistiques permet
l'ajustement de ces valeurs, afin qu'elles correspondent à d'autres probabilités de détérioration.
Lorsque d'autres probabilités de détérioration (fiabilité) sont souhaitées, les valeurs de � , � et � sont
H lim F lim FE
ajustées à l'aide d'un «facteur de fiabilité» adapté. Lorsque c'est le cas, un indice doit être ajouté pour indiquer le
pourcentage approprié (par exemple� pour 10 % de probabilité de détérioration).
Hlim10
Excepté pour les roues dentées en acier nitruré, carbonitruré, nitrocarburé, la contrainte admissible de référence,
dans le cas d'un durcissement superficiel, ne s'applique que pour une profondeur de cémentation effective de
0,15 m à0,2 m après finition. Une profondeur trop importante peut conduire à une diminution de la résistance.
n n
Pour la définition de «la profondeur de cémentation optimale» voir la note de bas de tableau 3) dans le tableau 4.
© ISO 1996 – Tous droits réservés 3
Les contraintes admissibles de référence, qui sont données pour les roues d'essai nitrurées, sont valables pour
une profondeur de durcissement effective de 0,4 mm à 0,6 mm.
La façon dont le niveau de dureté superficielle influence la résistance des roues durcies superficiellement,
nitrurées, carbonitrurées, nitrocarburées, ne peut pas être quantifiée avec fiabilité. Les caractéristiques des
éléments de la surface du matériau ont une influence nettement plus marquée.
Les défauts qui apparaissent au cours de la fabrication tels que la décarburation locale, l'oxydation intergranulaire,
les recuits locaux dus à la rectification, la rectification d'entailles (pied de dent), des rainures et des fissures
provenant des méthodes de rectification et de traitement thermique inadaptées, peuvent réduire d'une manière
effective la résistance des matériaux.
Dans certains cas, l'utilisation de tout l'intervalle de dureté n'est pas permise. Les intervalles admissibles sont
définis par la longueur des droites dans les graphiques 1 à 14.
Pour les aciers durcis superficiellement (figures 9 à 14), l'échelle de dureté HV1 a été choisie comme référence
pour l'axe des abscisses. L'échelle de dureté HRC est donnée à titre de comparaison. Pour définir la relation entre
l'échelle des duretés Vickers et Rockwell, des tables de conversions sont incluses dans l'annexe C.
5.2 Contrainte admissible de référence (pression de contact),�
H lim
La contrainte admissible de référence, � , est issue de la pression de contact qui peut être supportée par la
H lim
dent pour un nombre spécifique de cycles sans apparition de piqûres évolutives. Pour la plupart des matériaux,
5� 10 cycles de mise en charge sont considérés comme étant le commencement du domaine de la résistance
pour les grandes durées de vie (voir le facteur de durée de vie dans l'ISO 6336-2).
Les valeurs de � données dans les figures 1, 3, 5, 6, 9, 10 et 13 sont valables pour les dimensions de
Hlim
1)
l'engrenage de référence et pour les conditions de fonctionnement normalisées suivantes :
� Entraxe a = 100 mm
� Angle d'hélice �=0(Z =1)
�
� Module m=3mm à5mm (Z =1)
X
� Rugosité moyenne crête à crête des flancs de dent R =3μm (Z =1)
z R
� Vitesse tangentielle v =10m/s (Z =1)
v
� Viscosité du lubrifiant � =100mm /s (Z =1)
50 L
� Roues conjuguées de même matériau (Z =1)
W
� Classe de précision 4 à 6 suivant l'ISO 1328-1
� Facteurs généraux d'influence K = K = K = K =1
A v H� H�
1) Les données obtenues sous différentes conditions d'essai ont été ajustées pour être conformes aux conditions normalisées.
Il est important de noter que � n'est pas la pression de contact sous un chargement continu mais la plus grande limite de
H lim
pression de contact calculée conformément à l’ISO 6336-2 qui peut être supportée sans endommagement par piqûres
progressives, pour un nombre de cycles de mise en charge spécifié.
4 © ISO 1996 – Tous droits réservés
1)
D'après ces conditions d'essai nominales , les roues d'essai sont déclarées détruites lorsque 2 % de la totalité
des surfaces actives des flancs pour des roues traitées dans la masse, ou 0,5 % de la totalité des surfaces actives
des flancs pour les roues durcies superficiellement, ou 4 % de la surface du flanc d'une dent, sont dégradés par
piqûres.
5.3 Contraintes de flexion� et�
F lim FE
5.3.1 Contrainte nominale de référence (flexion),�
F lim
La contrainte nominale de référence (flexion), � , est issue de roues d'essai de référence (voir l'ISO 6336-3).
F lim
C'est la valeur limite de contrainte de flexion en fonction des influences du matériau, du traitement thermique et de
la rugosité du pied de dent de la roue d'essai.
5.3.2 Contrainte admissible de référence (flexion),�
FE
La contrainte admissible de référence (flexion),������ , est la résistance à la flexion de base d'une pièce d'essai non
FE
entaillée, avec l'hypothèse que les conditions sur le matériau (y compris le traitement thermique) sont entièrement
dans le domaine élastique:
� =� Y
FE Flim ST
Pour la roue d'essai de référence, le facteur de concentration de contrainte est Y = 2,0. Pour la plupart des
ST
matériaux, 3 � 10 cycles sont considérés comme le début du domaine de la résistance pour les grandes durées
de vie (voir le facteur de durée de vie dans l'ISO 6336-3).
Les valeurs de � et � données dans les figures 2, 4, 7, 8, 11, 12 et 14 sont valables pour les dimensions de
F lim FE
l'engrenage de référence et pour les conditions normalisées d'essai de fonctionnement suivantes [voir 5.2, note de
bas de page 2)]:
� Angle d'hélice �=0(Y =1)
�
� Module m = 3 mm à 5 mm (Y =1)
X
� Facteur de concentration de contrainte Y =2,0
ST
� Paramètre d'entaille q =2,5 (Y =1)
sT � rel T
� Rugosité moyenne crête à crête du pied de dent R =10�m(Y =1)
z Rrel T
� Classe de précision: 4 à 7 suivant l'ISO 1328-1
� Tracé de référence suivant l'ISO 53
� Largeur de denture b=10mm à50mm
� Facteurs généraux d'influence K = K = K = K =1
A v F� F�
1) Les pourcentages concernent des essais d'évaluation; ils ne doivent pas être considérés comme un critère limite
d'endommagement pour des engrenages finis.
© ISO 1996 – Tous droits réservés 5
5.3.3 Contrainte de flexion alternée
Les contraintes admissibles de référence, données dans les figures 2, 4, 7, 8, 11, 12 et 14, sont valables pour les
engrenages soumis à un chargement unidirectionnel et répété. Lorsque des charges alternées existent, il est exigé
une valeur plus faible pour � . Dans les cas les plus sévères (comme les roues intermédiaires où une charge
FE
alternée est exercée à chaque cycle), il convient de réduire les valeurs de � et � par un facteur 0,7. Si le
F lim FE
nombre de charges alternées est moins fréquent, on peut employer un autre facteur en fonction du nombre de ces
charges pendant la durée de vie souhaitée. Pour une aide, consulter la documentation disponible.
5.4 Abaques de représentations de� et� et�
H lim F lim FE
Les contraintes admissibles de référence pour des valeurs de dureté excédant les limites des figures 1 à 14 sont
soumises à un accord préalable entre le client et le fabricant en tenant compte de l'expérience acquise dans le
domaine.
a) aciers de constructions normalisés
b) aciers moulés
Figure 1 — Contraintes admissibles de référence (pression de contact) pour les aciers de construction
normalisés et les aciers moulés (voir 6.2.1)
6 © ISO 1996 – Tous droits réservés
a) aciers de constructions normalisés b) aciers moulés
Figure 2 — Contraintes admissibles et nominales de référence (flexion) pour les aciers de construction
normalisés et les aciers moulés (voir 6.2.1)
© ISO 1996 – Tous droits réservés 7
b) Fonte à graphite sphéroïdal (voir tableau 1)
a) Fonte malléable (voir 6.2.2)
c) Fonte grise (voir tableau 1)
NOTE Une dureté Brinell HB <180 indique la présence d'une grande proportion de ferrite dans la structure. Pour les
engrenages, cette situation n'est pas souhaitable.
Figure 3 — Fontes: Contraintes admissibles de référence (pression de contact)
8 © ISO 1996 – Tous droits réservés
a) Fonte malléable (voir 6.2.2) b) Fonte à graphite sphéroïdal (voir tableau 1)
c) Fonte grise (voir tableau 1)
NOTE Une dureté Brinell HB <180 indique la présence d'une grande proportion de ferrite dans la structure. Pour les
engrenages, cette situation n'est pas souhaitable.
Figure 4 — Fontes: Contraintes admissibles et nominales de référence (flexion)
© ISO 1996 – Tous droits réservés 9
NOTE Teneur nominale en carbone � 0,20 %.
Figure 5 — Aciers traités dans la masse: Contraintes admissibles de référence (pression de contact)
(voir tableau 2)
10 © ISO 1996 – Tous droits réservés
Figure 6 — Aciers moulés: Contraintes admissibles de référence (pression de contact) (voir tableau 3)
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NOTE Teneur nominale en carbone � 0,20 %.
Figure 7 — Aciers traités dans la masse: Contraintes admissibles et nominales de référence (flexion)
(voir tableau 2)
Figure 8 — Aciers moulés: Contraintes admissibles et nominales de référence (flexion) (voir tableau 3)
12 © ISO 1996 – Tous droits réservés
Figure 9 — Aciers durcis superficiellement (cémentation): Contraintes admissibles de référence
(pression de contact) (voir tableau 4)
Figure 10 — Aciers durcis superficiellement à la flamme ou par induction: Contraintes admissibles de
référence (pression de contact) (voir tableau 5)
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Légende
a Dureté à cœurW 30 HRC
b Dureté à cœurW 25 HRC
Trempabilité Jomini à J = 12 mmW 28 HRC
c Dureté à cœurW 25 HRC
Trempabilité Jomini à J = 12 mmW 28 HRC
Figure 11 — Aciers durcis superficiellement ( cémentation): Contraintes admissibles et nominales de
référence (flexion) (voir tableau 4)
14 © ISO 1996 – Tous droits réservés
NOTE Uniquement dans le cas d'un durcissement de pied de dent. Il n'est pas fourni de valeurs lorsque le pied de dent
n'est pas durci.
Figure 12 — Aciers durcis superficiellement à la flamme ou par induction: Contraintes admissibles et
nominales de référence (flexion) (voir tableau 5)
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a) Aciers de nitruration: nitruration gazeuse
(voir tableau 6)
b) Aciers traités dans la masse: durcis superficiellement
par nitruration gazeuse (voir tableau 6)
c) Aciers traités dans la masse: durcis superficiellement par nitrocarburation (voir tableau 7)
NOTE Pour les engrenages nitrurés au plasma, consulter la documentation disponible pour les valeurs numériques. Des
essais de faisabilité pour s'assurer de la fiabilité du procédé sont conseillés.
Figure 13 — Aciers nitrurés et nitrocarburés: Contraintes admissibles de référence (pression de contact)
16 © ISO 1996 – Tous droits réservés
a) Aciers de nitruration: nitruration gazeuse b) Aciers traités dans la masse: durcis superficiellement
(voir tableau 6) par nitruration gazeuse (voir tableau 6)
c) Aciers traités dans la masse: durcis superficiellement par nitrocarburation (voir tableau 7)
NOTE Pour les engrenages nitrurés au plasma, consulter la documentation disponible pour les valeurs numériques. Des
essais de faisabilité pour s'assurer de la fiabilité du procédé sont conseillés. Pour une dureté sur flanc HV 1 > 750, la contrainte
nominale de flexion peut être réduite par fragilisation quand l'épaisseur de la couche blanche est supérieure à 10 �m.
Figure 14 — Aciers nitrurés et nitrocarburés: Contraintes admissibles et nominales de référence (flexion)
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6 Exigences pour la qualité et le traitement thermique du matériau
6.1 Généralités
Les trois classes de qualité ML, MQ et ME, illustrées par les courbes des figures 1 à 14, signifient qu'elles se
réfèrent aux contraintes admissibles de référence déterminées par la méthode B. Voir 4.2, 5.2 et 5.3:
ML: utilisée pour de faibles exigences sur la qualité et le traitement thermique du matériau pour la fabrication
d'engrenages.
MQ: utilisée dans le cas d'exigences rencontrées chez les fabricants expérimentés à un coût modéré.
ME: utilisée dans le cas d'exigences pouvant être atteintes quand une grande fiabilité de fonctionnement est
nécessaire.
MX: représente les exigences pour les aciers alliés traités dans la masse, particulièrement concernant la
trempabilité et la microstructure.
On utilise habituellement une qualité de matériau supérieure dans le but d'accroître la fiabilité ou bien la capacité
de charge: ce qui permet au fabricant d'engrenages d'économiser de la matière de coût élevé (constructions
allégées).
Les exigences énumérées en 6.2 sont justifiées par des expériences pratiques et peuvent être utilisées à titre
indicatif. Pour appliquer les valeurs de contrainte admissible, toutes les exigences nécessaires à une classe de
matériau doivent être remplies. Cependant, selon leur expérience, les fabricants peuvent adopter d'autres
méthodes ou valeurs que celles énumérées ici. Il est conseillé que le constructeur et l'acheteur conviennent des
détails, spécialement pour les roues de grandes dimensions.
6.2 Exigences sur la qualité et le traitement thermique du matériau
6.2.1 Aciers de construction ou aciers moulés, aciers au carbone, aciers non alliés (voir figures 1 et 2)
Comme leur composition n'est en général pas spécifiée et que leur mode d'obtention est souvent inconnu, la ligne
MQ a été affectée à la limite inférieure (ML). Les aciers de construction sont utilisés pour les roues peu sollicitées
et seulement pour des applications secondaires. Si une grande qualité de production d'acier est atteinte et lorsque
c'est justifié par l'expérience, on peut utiliser la classe ME.
6.2.2 Fontes malléables (voir figures 3 et 4)
Un traitement thermique approprié permet d'atteindre une qualité élevée. Cette fonte étant cependant
généralement utilisée pour les petites roues peu sollicitées, la ligne MQ a, pour des raisons de sécurité, été
affectée à la limite inférieure (ML). Lorsque c'est justifié par l'expérience, le niveau ME peut être utilisé.
6.2.3 Autres matériaux (voir figures 5 à 14)
Les exigences sur la qualité et le traitement thermique pour les autres matériaux sont indiquées dans les
tableaux 1 à 7.
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Tableau 1 — Fontes (fontes grises et à graphite sphéroïdal)
Fontes grises, voir figures 3 et 4 Fontes à graphite sphéroïdal, voir figures 3 et 4
N� Exigences
ML MQ ME ML MQ ME
1 Composition chimique Non contrôlée Contrôlée à 100 % Non contrôlée Contrôlée à 100 %
Certificat de coulée Certificat de coulée
2 Mode d'élaboration Pas de Four électrique ou Pas de Four électrique ou équivalent
spécification équivalent spécification
Rapport d'essai de�
3 Mesure des HB seulement HB seulement Rapport d'essai de� (� )� � �
S
S 0,2 B S
sur une éprouvette
caractéristiques suivant l'EN 10204 d'après des mesures
particulière de la
mécaniques
physiques sur un échantillon prélevé dans
même coulée
chacune des éprouvettes contrôlées,
traitées thermiquement avec les pièces
avant taillage. Vérification de la dureté HB
sur les dents de la roue ou le plus proche
possible.
4 Structure: Forme Spécifiée mais Limitée comme Non vérifiée Limitée
du graphite pas vérifiée suivant DIN 3990
Structure de base Pas de Maximum de ferrite:
spécification 5%
(fonte grise alliée, —
ferrite maximum:
5%)
5 Contrôle Non contrôlée Contrôlée (porosités, Non contrôlée contrôlée (porosités, fissures, trous de
de ségrégation interne fissures, trous de dégazage), défauts limités
(criques) dégazage), défauts
limités
6 Recuit Pas exigé Conseillé: 2 h entre Pas exigé Conseillé: 2 h entre 500 �C et 560 �C
de détentionnement 500 �C et 530 �C.
fonte grise alliée: 2 h
entre 530 �Cet
560�C
7 Rechargement Pas autorisé à proximité des dents, Pas autorisé à Pas autorisé
par soudure ailleurs autorisé seulement avec proximité des
approbation du procédé
dents, ailleurs
autorisé seulement
avec approbation
du procédé
8 Détection des criques Non contrôlée Ressuage Pas contrôlée Criques non autorisées. Contrôle par
superficielles magnétoscopie fluorescente ou par
ressuage à 100%. Contrôle aléatoire
autorisé pour les séries importantes
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Tableau 2 — Aciers traités dans la masse, non durcis superficiellement (forgés ou laminé)
(voir figures 5 et 7)
N� Exigences ML MQ ME MX
1 Composition chimique suivant Non Rapport d'essai spécifique suivant l'EN 10204 avec 100% de traçabilité sur la coulée
1)
l'ISO 683-11 contrôlée d'origine.
Rapport de mesure Rapport de mesure spécifique de�
2 Caractéristiques mécaniques HB
S
après traitement thermique spécifique de� (� )� � (� )� � � suivant l'EN 10204 des
S 0,2 B S 0,2 B S
� suivant l'EN 10204 des mesures physiques sur une éprou-
mesures physiques sur une vette issue de la même coulée, traitée
éprouvette issue de la même thermiquement avec les pièces, pour
coulée, traitée les barres forgées ou laminées de
thermiquement avec les diamètre supérieur à 250 mm et
pièces, pour les barres contrôle de la dureté (HB) de toutes
forgées ou laminées les pièces. Optionnel suivant accord
supérieures à 250 mm de entre fournisseur et acheteur. La
diamètre et contrôle de la trempabilité et le procédé de
dureté (HB) de toutes les traitement thermique doivent
pièces. Optionnel suivant permettre d'obtenir la dureté minimum
l'accord entre fournisseur et à une profondeur qui correspond au
acheteur pied de dent. Des exemples de
section de contrôle sont donnés dans
l'annexe B.
2)
3 Pureté suivant l'ISO 4967 Pas de L'acier doit être désoxydé et affiné dans la poche. L'acier doit être dégazé sous vide. Il
spécification doit être protégé contre la réoxydation pendant la coulée ou le moulage. L'apport de
calcium est interdit sauf s'il est autorisé par l'acheteur. Taux d'oxygène: 25 ppm
maximum. Pureté suivant l'ISO 4967, procédé suivant la méthode B, Plaque II,
surface de contrôle approximativement 200 mm et les tables de valeurs admissibles
suivantes. Rapport de mesure suivant l'EN 10204
AB C D
Fine Épaisse Fine Épaisse Fine Épaisse Fine Épaisse
MQ 3,0 3,0 2,5 1,5 2,5 1,5 2,0 1,5
ME 3,0 2,0 2,5 1,5 1,0 1,0 1,5 1,0
MX 3,0 2,0 2,5 1,5 1,0 1,0 1,5 1,0
4 Taille des grains suivant Pas de Grain fin, forte proportion de taille 5 ou plus fine. Rapport de mesure suivant
l'ISO 643 spécification l'EN 10204
5 Essais non destructifs
5.1 Contrôle par ultrasons (à Pas de Inspection après forgeage. Rapport de mesure spécifique suivant l'EN 10204
l'ébauche) suivant l'ISO 9443 spécification recommandé. Suggéré pour les roues de grandes dimensions pour la détection des
défauts avant le taillage des dents. Contrôle suivant l'ASTM A388, en utilisant soit la
réflexion, soit le bloc de référence 8-0400, 3,2 mm trou à fond plat suivant la
technique de l'ASTM E428. Le contrôle doit se faire depuis le diamètre extérieur
jusqu'au mi-rayon et une auscultation sur 360 degrés est exigée. D'autres
spécifications UT qui permettent d'assurer le même niveau de qualité de contrôle sont
autorisées.
Criques de forge et tapures Criques de forge et tapures de trempe non autorisées. Criques
Détection des criques super-
de trempe non autorisées. superficielles des roues rectifiées contrôlées. Méthode à convenir
5.2 ficielles (à la finition avant tout
grenaillage de précontrainte) entre fabricant et utilisateur.
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Tableau 2 (fin)
N� Exigences ML MQ ME MX
Pas de Au moins trois plis
3)
6 Taux de corroyage
spécification
7 Microstructure Pas de spécification Température minimale de La microstructure métallographique
o
revenu de 480 C. La dureté de la jante doit être essentiellement
4)
en pied de dent doit être composée de martensite revenue .
conforme aux exigences de
la conception.
NOTE Quand la qualité de coulée atteint les critères de qualité des aciers forgés (forgés ou laminés), les valeurs de contraintes
admissibles des aciers forgés peuvent être utilisées dans les calculs de dimensionnement des engrenages pour les roues dentées en aciers
moulés fonctionnant avec des pignons en aciers forgés L'application des valeurs de contraintes admissibles pour les aciers forgés ou aciers
moulés dans les calculs de dimensionnement doit être appuyée par des essais et par l'expérience.
Pour les coulées, la pureté des aciers forgés et le taux de corroyage sont exclus. La teneur en inclusions et le contrôle de forme sont exigés
pour fournir une prédominance d'inclusions circulaires de sulfure de manganèse (Type I). Aucune inclusion de sulfure de manganèse
(Type II) en limite de grain n'est admise.
1) ATTENTION: Pour un fonctionnement à basse température, inférieure à 0 �C:
Considérer la caractéristique au mouton de Charpy à basse température
Considérer l'emploi d'aciers alliés avec plus de nickel
Considérer une teneur en carbonne réduite jusqu'à moins de 0,4 %
Considérer l'emploi d'éléments de chauffage pour augmenter la température du lubrifiant.
2) La classe de pureté s'applique uniquement aux portions de la roue dentée à proximité des dentures et à une distance en dessous du
diamètre de tête de finition d'au moins deux fois la hauteur de denture. Dans les engrenages à denture extérieure, cette portion du corps de
roue sera inférieure à 25 % du rayon.
3) S'applique aux pièces forgées à partir de lingot métallique coulé. Pour les matériaux élaborés en coulée continue, la réduction minimale
est 7/1.
4) La microstructure de la section de la denture à une profondeur de 1,2 fois la hauteur de denture constituée initialement de martensite de
revenu avec des produits de transformation supérieure limitée (ferrite proeutectoïde, bainite supérieure et perlite fine). Ferrite en bloc, due à
une austénisation incomplète, non autorisée. La limite maximale des produits de transformation supérieure est de 10 % pour les roues
dentées aux sections de contrôle � à 250 mm, et 20 % pour les roues dentées aux sections de contrôle > à 250 mm.
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Tableau 3 — Aciers moulés traités dans la masse et non durcis superficiellement (voir figures 6 et 8)
N° Exigences ML-MQ ME
1 Composition chimique Non contrôlée Rapport de mesure spécifique suivant l'EN 10204 avec 100% de
traçabilité sur la coulée d'origine.
2 Caractéristiques mécaniques après HB Rapport de mesure spécifique de� (� )� � � suivant
S 0,2 B S
traitement thermique l'EN 10204 avec 100% de traçabilité sur la coulée d'origine.
Vérification de la dureté HB. Optionnel suivant accord entre
fournisseur et acheteur.
3 Taille des grains suivant l'ISO 643 Pas de spécification Grains fins, taille 5 ou plus fine. Rapport de mesure suivant
l'EN 10204
4 Contrôle non destructif
4.1 Contrôle par ultrasons (à l'ébauche) Pas de spécification Inspection de la zone dentée et des pieds de dent seulement.
suivant l'ISO 9443 Rapport de contrôle suivant l'EN 10204. Conseillé mais pas exigé.
Conseillé pour les roues de grande dimensions pour la détection
des défauts avant taillage des dents. Critères d'acceptation suivant
l'ASTM A609 niveau 1 dans la zone 1 (Diamètre extérieur jusqu'à
25 mm en dessous du pied de dent) et niveau 2 dans la zone 2
(contrôle de la jante) en utilisant comme référence un trou à fond
plat de 3,2 mm; ou une technique équivalente reconnue de
réflexion.
4.2 Détection des criques superficielles Criques non permises. Contrôle à 100% par magnétoscopie fluorescente ou par ressuage.
(à la finition avant tout grenaillage de Contrôle aléatoire autorisé pour les productions en grande série.
précontrainte)
5 Rechargement par soudure Toléré avec un procédé Toléré sur l'ébauche si c'est suivi par un traitement thermique. Non
spécifique. toléré après taillage des dents.
NOTE Quand la qualité de coulée atteint les critères de qualité des aciers forgés (forgés ou laminés), les valeurs de contraintes
admissibles des aciers forgés peuvent être utilisées dans les calculs de dimensionnement des engrenages pour les roues dentées en
aciers moulés fonctionnant avec des pignons en aciers forgés. L'application des valeurs de contraintes admissibles pour les aciers forgés
ou aciers moulés dans les calculs de dimensionnement doit être appuyée par des essais et par l'expérience.
Pour les coulées, la pureté des aciers forgés et le taux de corroyage sont exclus. La teneur en inclusions et le contrôle de forme sont
exigés pour fournir une prédominance d'inclusions circulaires de sulfure de manganèse (Type I). Aucune inclusion de sulfure de
manganèse (Type II) en limite de grain n'est admise.
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Tableau 4 – Aciers durcis superficiellement (forgés ou laminés) (voir figures 9 à 12)
N�
Exigences ML MQ ME
1 Composition chimique suivant Non Rapport de mesure spécifique suivant Rapport de mesure spécifique suivant
l'ISO 683-11 contrôlée l'EN 10204 avec 100 % de traçabilité l'EN 10204 sur des éprouvettes tirées du
sur la coulée d'origine même lingot
2 Trempabilité par l'essai de Non Rapport de mesure spécifique suivant Rapport de mesure spécifique suivant
trempe en bout (ISO 642) contrôlée l'EN 10204 avec 100 % de traçabilité l'EN 10204 réalisée sur des éprouvettes de
sur la coulée d'origine la même coulée
Pureté, élaboration Pas de L'acier doit être désoxydé et affiné dans la poche . L'acier doit être dégazé sous vide.
spécification Il doit être protégé de la réoxydation pendant la coulée ou le moulage. L'addition de
pour ML calcium est interdit sauf autorisation de la part de l'acheteur. Taux d'oxygène 25 ppm
maximum. Pureté suivant l'ISO 4967, procédé suivant la méthode B, Plaque II,
surface de contrôle environ 200 mm et les tables de tolérances suivantes:
AB C D
Fine Épaisse Fine Épaisse Fine Épaisse Fine Épaisse
MQ 3,0 3,0 2,5 1,5 2,5 1,5 2,0 1,5
ME 3,0 2,0 2,5 1,5 1,0 1,0 1,5 1,0
1)
Taux de corroyage Pas de Au moins 3 plis
spécification
Taille des grains suivant Pas de Grain fin, forte proportion de taille 5 ou plus fine. Rapport de mesure suivant
l'ISO 643 spécification EN 10204
Contrôle par ultrasons Pas de Conseillé. Suggéré pour les roues de Exigé. Des contrôles aléatoires sont
à l'ébauche. spécification grandes dimensions pour la détection autorisés lorsque la production est
des défauts avant taillage des dents. supérieure ou égale à 5 pièces.
ASTM A388
Contrôle suivant l'ASTM A388, en utilisant soit la réflexion inverse, soit le bloc de
référence 8-0400, 3,2 mm trou à fond plat suivant la technique de l'ASTM E428. Le
contrôle doit se faire depuis le diamètre extérieur jusqu'à mi-rayon et une auscultation
sur 360° est exigée. Une courbe de correction d'amplitude en fonction de la distance
(point unique DAC) n'est pas souhaitée. D'autres spécifications UT qui permettent
d'assurer le même niveau de qualité de contrôle sont autorisées.
Dureté superficielle
Dureté superficielle sur une 55 HRC ou 58 HRC à 64 HRC ou 75,7 HR30N à 58 HRC à 64 HRC ou 75,7 HR30N à
7.1
surface représentative de la 73 HR30N 81,1 HR30N. 81,1 HR30N.
2)
pièce . (Voir la table de minimum. Échantillon d'essai aléatoire Contrôle à 100 % si le lot traité
conversion de la dureté Échantillon thermiquement est � 5, sinon contrôle
Vickers-Rockwell de d'essai aléatoire autorisé. La méthode de contrôle
l'annexe C) aléatoire doit être adaptée à la taille des pièces.
Dureté en pied à mi-denture Pas de Conformité aux spécificati
...
Questions, Comments and Discussion
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