常用齿轮材料的选择及其热处理工艺.docx

常用齿轮材料的选择及其热处理工艺Page 1 of 6一齿轮材料的选择及其热处理工艺一Page 2 of 6试验偏心轴的一种加工详解并联机床的设计理论与关键技术无 油轴承带动模具行业革命我国轴承寿命强化试验方兴未艾（一）我国轴 承寿命强化试验方兴未艾（二）齿轮是依靠本身的结构尺寸和材料强度来承受外载荷的，这就要 求材料具有较高强度韧性和耐磨性；由于齿轮形状复杂，齿轮精度要 求高，还要求材料工艺性好常用材料为锻钢、铸钢、铸铁一、锻钢根据齿面硬度分为两大类HBV350时，称为软齿面H8〉350时， 称为硬齿面l.齿面硬度HBV350工艺过程：锻造毛坯T正火--粗车T调质、精加工常用材料；45#、35SiMn、40Cr、40CrNi、40MnB特点：具有较好的综合性能，齿面具有较高强度和硬度，齿芯具有较好 韧性热处理后切齿精度可达8级制造简单、经济、生产率高，对精度要求不高2.齿面硬度HB〉350采用中碳钢时：特点：工艺过程：锻造毛坯T常化T粗切T调质T精切^高、中频淬火 —低温回火—珩齿或研磨剂跑合、电火花跑合常用材料：45、40Cr、40CrNi齿面硬度高HRC=48-55,接触强度高，耐磨性好。

齿芯保持调质后的韧性，耐冲击能力好，承载能力较高精度下降半数，可 达7级精度适用于大量生产，如：汽车、机床等中速中载变速箱齿轮采 用低碳钢时：锻造毛坯—常化T粗切T调质T精切T渗碳淬火T低温回火— 磨齿达6级、7级常用材料；20Cr、20CrMnTi、20MnB、20CrMnTo 特点：齿面硬度，承载能力强芯部韧性好，耐冲击适合于高速、重载、过载传动或结构要求紧凑的场合，机车主传 动齿轮、航空齿轮二、铸钢当齿轮直径d〉400mm，结构复杂，锻造有困难时，可采用铸钢 材料ZG45.ZG55，正火处理常化，｛质三、铸铁Page 2 of 6一齿轮材料的选择及其热处理工艺一Page 3 of 6抗胶合及抗点蚀能力强，但抗冲击耐磨性差适合工作平稳，功率不大低速或尺寸较大形状复杂时用能在缺 油条件下工作，适于开式传动四、非金属材料布质、木质、塑料、尼龙、适于高速轻载选取材料时应考虑齿轮的工作条件不同，轮齿的破坏形式不同，是确定齿轮强度计 算准则和选择材料和热处理的根据1.对于受冲击载荷时，轮齿容 易折断应选用韧性较好的材料，可选用低碳钢渗碳淬火2.对于高 速闭式传动，齿面易点蚀，应选用齿面硬度较好的材料，可选用中碳 钢表面淬火。

3. 对于低速中载，轮齿折断，点蚀，磨损均可发生时，应选取 机械强度，齿面硬度等综合机械性能好的材料，可选中碳钢调质精切4. 力求材料品种少，便于管理，考虑资源和供应情况5.当 结构尺寸要求紧凑，耐磨性高时，要采用合金钢6.制造单位的设 备及技术情况4、？齿轮材料的选择基本要求：齿面要硬，齿心要韧表：常用材料及机械性能材料牌号 HT250 HT300 HT350 QT500-5 QT600-2 ZG310-570 ZG340-640 45 ZG340-640 45 30CrMnSi 35SiMn 38SiMnMo 40Cr 45 40Cr 20Cr 20CrMnTi 12Cr2Ni4 20Cr2Ni4 35CrAIA 38CrMoALA 夹布 胶带 调质后氮化（氮化层厚ON0.3〜0.5mm）渗碳后淬火 调质后表 面淬火调质常化热处理方法强度极限oB（MPa）250 300 350 500 600 580 650 580 700 650 1100 750 700 700 650 1100 1100 1200 950 1000 100 320 350 290 380 360 900 450 550 500 400 850 850 1100 750 850屈服极限oS（ MPa） 硬度（HBS） 齿芯部齿 面???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ??? ????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? ???????? 40?50HRC 48?55HRC 300 320 350 255?321 850 58?60HRC 25?35注：40Cr 钢可 用 40MnVB 替代；20Cr、20CrMnTi 钢可用 20Mn2B 或 20MnVB 替代Page 3 of 6一齿轮材料的选择及其热处理工艺一Page 4 of 651、锻钢钢材的韧性好，耐冲击，还可以通过热处理或化学热处理改善其 力学性能及提高齿面硬度，故最适应于用来制造齿轮。

除尺寸过大（da 〉400〜600mm）或者是结构形状复杂只宜铸造者外，一般都用锻钢 制造齿轮，常用的是含碳量在（0.15〜0.6）%的碳钢或合金钢制造齿轮 的锻钢可分为：软齿面（硬度W350HBS）：经热处理后切齿的齿轮所用的锻钢 对 于强度、速度及精度都要求不高的齿轮，应采用以便于切齿，并使刀 具不致迅速磨损变钝因此，应将齿轮毛坯经过正火（正火）或调质 处理后切齿切制后即为成品其精度一般为8级，精切时可达7级 这类齿轮制造简便、经济、生产效率高硬齿面（硬度〉350HBS）：需进行精加工的齿轮所用的锻钢 高 速、重载及精密机器（如精密机床、航空发动机）所用的主要齿轮传 动，除要求材料性能优良，轮齿具有高强度及齿面具有高硬度（如 58〜65HRC）外，还应进行磨齿等精加工需精加工的齿轮目前多是 先切齿，再做表面硬化处理，最后进行精加工，精度可达5级或4级 这类齿轮精度高，价格较贵，所以热处理方法有表面淬火、B碳、氮 化、软氮化及氤化等所以材料视具体要求及热处理方法而定合金钢根据所含金属的成分及性能，可分别使材料的韧性、耐冲 击、耐磨及抗胶合的性能等获得提高，也可通过热处理或化学热处理 改善材料的力学性能及提高齿面的硬度。

所以对于既是高速、重载又 要求尺寸小、质量小的航空用齿轮，就都用性能优良的合金钢（如 20CrMnTi，20Cr2Ni4A 等）来制造2、铸钢铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及正火处理，必要时也 可进行调质铸钢常用于尺寸较大的齿轮3.铸铁灰铸铁性质较脆，抗冲击及耐磨性都较差，但抗胶合及抗点蚀的 能力较好灰铸铁齿轮常用于工作平稳、速度较低、功率不大的场合4.非金属材料对高速轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属 材料（如夹布胶木、尼龙等）做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁制造 为使大齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力，齿面的硬度应为 250〜350HBS6、齿轮的材料及毛坯是什么1.高精齿轮的材料及热处理高精齿轮的材料及热处理对高精齿轮的使用性能和寿命有很大 的影响，选择时主要考虑高精齿轮的工作条件、结构尺寸、失效形式 （如折断、磨损或点蚀等），使其具有良好的力学性能常用的高精齿 轮材料及其热处理方法有：（1）中碳钢（如45钢）进行调质或表面淬火， 综合力学性能较好，用于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮2） 合金调质钢（如40Cr）进行调质或表面淬火，综合力学性能更好，且热 处理变形小，适用于中速、中载及精度要求较高的高精齿轮。

3) 合金渗碳钢(如20Cr，20CrMnTi)进行渗碳淬火或液体碳氮共渗， 齿面硬度可达58HRC，且心部有较高韧性，适用于高速、重载和或有 冲击载荷的高精齿轮4) 铸铁及其他非金属材料(如尼龙、夹布胶木等)这些材料强度 低、易加工，适用于一些轻载的齿轮2.高精齿轮毛坯高精齿轮毛坯的选择取决于高精齿轮的材料、结构形式与尺寸、 使用条件及生产批量等因素常用的高精齿轮毛坯有：(1)下料件用于一些不重要，受力不大且尺寸较小，结构简单的齿 轮2)锻件用于重要而受力较大的高精齿轮3)铸钢件用于直径大或结构形状复杂，不宜锻造的齿轮4)铸 铁件用于受力小，无冲击的开式传动的齿轮制造齿轮可采用各种类型的材料；通常被选用的材料取决于齿轮 的制造方法及齿轮将来的实际用途齿轮可采用铸造、切削或挤压等 方法制造制作齿轮的典型材料有铸铁、铸钢、普通碳素钢、合金钢、 铝、磷青铜、酚醛塑料和尼龙等Page 4 of 6一齿轮材料的选择及其热处理工艺一Page 5 of 6直齿圆柱齿轮是最简单且成本最低的一类齿轮；此外，有关直齿 齿轮的一些定义通常也适合用于其它类型的齿轮理解下列各项定义 十分重要，因为在齿轮装置的设计工作中它们都是关键的因素。

齿轮能以恒定的传动比将旋转运动从一根轴传递到另一根轴若 轴之间互相平行，则可采用直齿、斜齿或人字形齿中的任一种来传递 运动螺旋齿轮可用于连接即不平行又不相交的两根轴蜗杆蜗轮应 用于传动比大且两轴不相交但相互垂直的场合若两根轴互相垂直且 它们中心线的延长线相交，则通常采用圆锥齿轮，然而有些圆锥齿轮 的轴线并非互相垂直螺旋圆锥齿轮的使用场合与直齿圆锥齿轮相同， 但运用螺旋圆锥齿轮转速更高且工作更平稳准双曲面齿轮与螺旋圆锥齿轮相似，但它们中心线的延长线并不相交常用齿轮材料的选择及其热处理工艺•李玉平1刖言齿轮是机械传动中应用最广泛的零件之一，它的功用是按规定的 速比传递动力和运动在工作中，它的受力情况比较复杂，齿轮的齿 根部受交变弯曲应力，齿面承受大的接触应力并产生强烈的摩擦，在 换挡、启动和啮合不良时，齿轮还承受一定的冲击载荷齿轮的主要 失效形式是疲劳断齿、疲劳点蚀以及齿面的过量磨损根据齿轮的受 力情况和失效分析可知，齿轮一般都需经过适当的热处理，以提高承 载能力和延长使用寿命，齿轮在热处理后应满足下列性能要求：1）高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度（抗疲劳点蚀）2）齿面具有 较高的硬度和耐磨性。

3）齿轮心部具有足够的强度和韧性齿轮的材料及热处理对齿轮的内在质量和使用性能都有很大的 影响锻钢、铸钢、铸铁、有色金属及非金属材料都可用来制造齿轮， 各种热处理方法，如渗碳、渗氮、碳氮共渗、表面淬火、调质和正火 等，在齿轮制造中都被应用，因此，齿轮的选材和热处理方法的选用 较其它零件复杂这就需要设计人员根据齿轮承载能力的不同，合理 选择材料和毛坯及热处理工艺，并制定相应的工艺路线，用最经济的 办法最大限度地发挥材料的潜能，做到“物尽其用”2常用齿轮材料及热处理工艺的选择2. 1锻钢锻钢应用最广泛，通常重要用途的齿轮大多采用锻钢制作根据 承载能力的大小不同，选择的材料及热处理工艺又有所不同1 ）高承载能力的重要齿轮这类齿轮有汽车、拖拉机、摩托车、矿山机械及航空发动机等齿 轮1）汽车、拖拉机等齿轮主要分装在变速箱和差速器中在变速箱 中，通过它来改变发动机、曲轴和主轴齿轮的转速；在差速器中，通 过齿轮来增加扭转力矩，且调节左右两车轮的转速，并将发动机动力 传给主动轮，推动汽车、拖拉机运行，所以传递功率、冲击力及摩擦 压力都很大，工作条件比较恶劣因此在耐磨性、疲劳强度、心部强 度和冲击韧性等方面的要求均比较高。

实践证明，选用渗碳钢经渗碳、 淬火及低温回火后使用最为合适渗碳齿轮一般采用合金渗碳钢，而 不采用碳素钢，因为碳素钢渗碳后淬火时要用水作淬火剂，变形量大 小模数齿轮一般采用 20Cr和20CrMnTi，而较大模数齿轮采用 30CrMnTi 钢其工艺路线一般为：备料——锻造——正火——机械粗加工、 半精加工——渗碳+淬火+低温回火——喷丸——校正——精加工该工艺中正火的目的是为了均匀和细化组织，消除锻造应力，改 善切削加工性；渗碳后表面含碳量提高，保证淬火后得到高的硬度 (58—62HRC)，提高耐磨性和接触疲劳强度.心部硬度。