常用齒輪材料的選擇及其熱處理工藝

1、—齒輪材料的選擇及其熱處理工藝—Page1of6Page1of6齒輪材料的選擇及其熱處理工藝齒輪材料的選擇及其熱處理工藝1、齒輪材料的選擇原則、齒輪材料的選擇原則齒輪材料的種類很多，在選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素也很多，下述幾點(diǎn)可供選擇材料時(shí)參考：1）齒輪材料必須滿足工作條件的要求。例如，用于飛行器上的齒輪，要滿足質(zhì)量小、傳遞功率大和可靠性高的要求，因此必須選擇機(jī)械性能高的合金銀；礦山機(jī)械中的齒輪傳動(dòng)，一般功率很大、工作速度較低、周圍環(huán)境中粉塵含

2、量極高，因此往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料；家用及辦公用機(jī)械的功率很小，但要求傳動(dòng)平穩(wěn)、低噪聲或無(wú)噪聲、以及能在少潤(rùn)滑或無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料?？傊ぷ鳁l件的要求是選擇齒輪材料時(shí)首先應(yīng)考慮的因素。2）應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝。大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。尺寸較小而又要求不高時(shí)，可選用圓鋼作

3、毛坯。齒輪表面硬化的方法有：滲碳、氨化和表面淬火。采用滲碳上藝時(shí)，應(yīng)選用低碳鋼或低碳含金鋼作齒輪材料；氨化鋼和調(diào)質(zhì)鋼能采用氮化工藝；采用表面淬火時(shí)，對(duì)材料沒(méi)有特別的要求。3）正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。4）合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。5）飛行器中的齒輪傳動(dòng)，要求齒輪尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處

4、理的高強(qiáng)度合金鋼。6）金屬制的軟齒面齒輪，配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為30～50HBS或更多。當(dāng)小齒輪與大齒輪的齒面具有較大的硬度差（如小齒輪齒面為淬火并磨制，大齒輪齒面為?；蛘{(diào)質(zhì)）；且速度又較高時(shí)，較硬的小齒輪齒面對(duì)較軟的大齒輪齒面會(huì)起較顯著的冷作硬化效應(yīng)，從而提高了大齒輪齒面的疲勞極限。因此，當(dāng)配對(duì)的兩齒輪齒面具有較大的硬度差時(shí)，大齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力可提高約20％，但應(yīng)注意硬度高的齒面，粗糙度值也要相應(yīng)地減小。2、齒輪材料的選

5、擇、齒輪材料的選擇齒輪齒條是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)零件。齒輪傳動(dòng)通過(guò)輪齒互相嚙合來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可以改變運(yùn)動(dòng)的形式和速度。齒輪傳動(dòng)使用范圍廣，傳動(dòng)比恒定，效率較高，使用壽命。在機(jī)械零件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟(jì)性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當(dāng)，則會(huì)出現(xiàn)零件的過(guò)早損傷，甚至失效。

6、因此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項(xiàng)十分重要的工作。滿足材料的機(jī)械性能，材料的機(jī)械性能包括強(qiáng)度、硬度、塑性及韌性等，反映材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的特性。齒輪在嚙合時(shí)齒面接觸處有接觸應(yīng)力，齒根部有最大彎曲應(yīng)力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強(qiáng)度失效。齒面各點(diǎn)都有相對(duì)滑動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生磨損。齒輪主要的失效形式有齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。因此要求齒輪材料有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，芯部要有一定的強(qiáng)度和韌

7、性。例如，在確定大、小齒輪硬度時(shí)應(yīng)注意使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的齒面硬度高3050HBS，是因?yàn)樾↓X輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強(qiáng)度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強(qiáng)度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。另一方面，根據(jù)材料的使用性能確定了材料牌號(hào)后。要明確材料的機(jī)械性能或材料硬度，然后我們可以通過(guò)不同的熱處理工藝達(dá)到所要求的硬度范圍，從而賦予材料不同的機(jī)械性能。如材料為40Cr合金鋼的齒輪，當(dāng)840860℃油淬，54

8、0620℃回火時(shí)，調(diào)質(zhì)硬度可達(dá)2832HRC，可改善組織、提高綜合機(jī)械性能；當(dāng)860880℃油淬，240—280℃回火時(shí)，硬度可達(dá)4651HRC，則鋼的表面耐磨性能好，芯部韌性好，變形??；當(dāng)500560℃氮化處理，氮化層0.150.6mm時(shí)，硬度可達(dá)5254HRC，則鋼具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲勞強(qiáng)度，較高的抗蝕性和抗膠合性能且變形極??；當(dāng)通過(guò)電鍍或表面合金化處里后，則可改善齒輪工作表面摩擦性能，提高抗腐蝕性能3、齒輪常用材料

9、、齒輪常用材料齒輪常用材料摘要：齒輪依靠結(jié)構(gòu)尺寸材料強(qiáng)度承受載荷要求材料具有強(qiáng)度韌性耐磨性齒輪形狀復(fù)雜齒輪精度要求要求材料工藝常用材料鍛鋼鑄鋼鑄鐵鍛鋼硬度分為大類HB稱為軟齒稱為硬度HB工藝過(guò)程鍛造毛坯正火粗車調(diào)質(zhì)加工常用材料SiMnCr液體動(dòng)靜壓軸承常用軸殼配軸承軸承的密封類型精密軸承工序間防銹新工藝軸承壽命強(qiáng)化—齒輪材料的選擇及其熱處理工藝—Page3of6Page3of6抗膠合及抗點(diǎn)蝕能力強(qiáng)，但抗沖擊耐磨性差。適合工作平穩(wěn)，功率不

10、大低速或尺寸較大形狀復(fù)雜時(shí)用。能在缺油條件下工作，適于開(kāi)式傳動(dòng)。四、非金屬材料布質(zhì)、木質(zhì)、塑料、尼龍、適于高速輕載。選取材料時(shí)應(yīng)考慮齒輪的工作條件不同，輪齒的破壞形式不同，是確定齒輪強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則和選擇材料和熱處理的根據(jù)。1對(duì)于受沖擊載荷時(shí)，輪齒容易折斷應(yīng)選用韌性較好的材料，可選用低碳鋼滲碳淬火。2對(duì)于高速閉式傳動(dòng)，齒面易點(diǎn)蝕，應(yīng)選用齒面硬度較好的材料，可選用中碳鋼表面淬火。3對(duì)于低速中載，輪齒折斷，點(diǎn)蝕，磨損均可發(fā)生時(shí)，應(yīng)選取機(jī)械強(qiáng)度，

11、齒面硬度等綜合機(jī)械性能好的材料，可選中碳鋼調(diào)質(zhì)精切。4力求材料品種少，便于管理，考慮資源和供應(yīng)情況。5當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸要求緊湊，耐磨性高時(shí)，要采用合金鋼。6制造單位的設(shè)備及技術(shù)情況4、?齒輪材料的選擇基本要求：齒面要硬，齒心要韌齒輪材料的選擇基本要求：齒面要硬，齒心要韌表：常用材料及機(jī)械性能硬度（HBS）材料牌號(hào)熱處理方法強(qiáng)度極限σB（MPa）屈服極限σS（MPa）齒芯部齒面HT250250????????HT300300????????HT

12、350350????????QT5005500????????QT6002600????????ZG310570580320????????ZG340640650350????????45常化580290????????ZG340640700380????????45650360????????30CrMnSi1100900????????35SiMn750450????????38SiMnMo700550????????40Cr調(diào)質(zhì)7

13、00500????????4540?50HRC40Cr調(diào)質(zhì)后表面淬火48?55HRC20Cr65040020CrMnTi110085030012Cr2Ni4110085032020Cr2Ni4滲碳后淬火1200110035058?60HRC35CrAIA95075038CrMoALA調(diào)質(zhì)后氮化（氮化層厚σ≥0.3~0.5mm）1000850255?321850夾布膠帶10025?35注：40Cr鋼可用40MnVB替代；20Cr、20Cr