齿轮材料热处理规范及其质量要求

齿轮材料热处理规范及其质量要求

正确选择齿轮固然很重要，但如果没有选择好适宜的热处理，那将是前功尽弃，可以说材料选择是前提，热处理方法得当是关键。

一、齿轮热处理方式与其性能特性

1、调质处理：

调质处理使材料获得优良的综合性能，这种热处理常常用于中碳钢和中碳合金钢，如45#、40Cr或40MnB材料，如果齿轮受到的冲击应力和齿面接触应力不是很大的情况下，这种热处理是适宜的，这种材料强韧性使得齿轮齿根抗弯曲能力强，抗疲劳能力也是优良的。但是调质处理齿轮齿面硬度不够，耐磨性偏差。

2、调质处理+表面淬火：

这种热处理方式补充单一调质处理的不足，使齿轮齿面硬度得到提高，耐磨性也随之增强，但是另一个问题仍未解决，就是中碳钢和中碳合金钢材料经过处理后，其冲击韧性尚不能令人满意，在高冲击应力的场合下仍不宜使用。

表面淬火有两种工艺：火焰淬火和高频淬火。

3、正火+渗碳淬火回火

这种热处理是针对低碳合金渗碳钢（如20CrMnTi、20CrNiMo等）而使用的，正火是用以改善原材料组织，便于齿轮粗加工；渗碳使齿面含碳量提高，在其后淬火回火中获得高硬度的回火马氏体组织，以提高齿轮的耐磨性。同时齿轮心部在淬火回火中获得低碳回火马氏体，强度高、韧性好，不仅可以承受高的载荷、大的冲击应力，而且抗疲劳性能也十分优异。

这种热处理也不是没有缺点，首先齿轮在渗碳淬火回火还要精加工，硬度过高会给精加工带来了困难；其次，渗碳淬火回火为了得到回火马氏体，回火温度低（200-300℃），热处理应力未能完全消除，在以后的使用中会逐渐释放造成齿轮微小变形，所以不能用于精密传动的齿轮。

这里的渗碳淬火回火，也包含碳氮共渗淬火回火。

4、调质+渗氮

这种热处理适合于渗氮钢和含铬渗碳钢，如28CrMoAl 、20Cr2Ni4、38CrMoAl、

42CrMo。氮化后不需要淬火，齿轮尺寸稳定，不需要精加工，克服了渗碳淬火回火残

留应力导致日后变形的缺点，所以特别适合精密传动的齿轮，有些容易发生粘着磨损（胶合磨损）材料也适合氮化，氮化后材料抗胶合性能变得非常优异。

有时齿轮由于尺寸形状不便于渗碳后加工，或者由于渗碳硬度高难于加工，往往也选择渗氮处理。

渗氮的缺点就是硬化层薄，使用时间不如渗碳持久。

二、常见齿轮材料热处理方式

常用齿轮材料热处理见下表：

序号 钢类别

材料牌号 热处理方式

1 Q235

2 碳素结构钢

Q275 3 Q345 4 低合金高强度结构钢

Q375 正火或回火

正火：880-910℃

回火：500-600℃

5 优质碳素结构钢

45 6 40MnB 7 合金结构钢 40Cr 调质

或调质+表面淬火 淬火：810-850℃ 回火：500-600℃ 8 20CrMnTi 9 20CrNi 10 20MnTiB 11 20CrNi3 12 20CrMo 13 保证淬透性结构钢

20CrNiMo 正火+渗碳淬火回火 正火：860-920℃ 淬火：820-860℃ 回火：180-220℃

14

38CrMoAl

调质+渗氮

淬火：930-970℃ 回火：600-650℃ 15

合金结构钢 42CrMo

调质+渗氮

淬火：850-870℃ 回火：560-600℃ 16 保证淬透性结构钢 20Cr2Ni4

调质+渗氮

淬火：810-830℃ 回火：500-560℃

1、热处理后机械性能

优质碳素钢：按GB/T699‐1999标准规定；

低合金高强度结构钢：按GB/T1591‐2008标准规定；

合金结构钢：按GB/T3077‐1999标准规定；

保证淬透性结构钢：按GB/T5216‐2004标准规定；

2、调质处理

显微组织回火索氏体；硬度220‐250HB，设计图纸有明确要求按其要求。不允许表面淬火裂纹。

3、表面淬火

表面硬度：一般50‐56HRC，设计图纸有明确要求按其要求。

硬化层深度：一般0.5‐2mm，设计图纸有明确要求按其要求。

表层组织：针状马氏体，不允许过热，不允许表面淬火裂纹。

4、渗碳处理

表面硬度：一般58‐64HRC，设计图纸有明确要求按其要求。

渗碳层深度：一般0.9‐1.6mm，设计图纸有明确要求按其要求。

心部硬度：一般29‐45HRC，设计图纸有明确要求按其要求。

表层组织：以细针状马氏体为主，贝氏体不超过10%，残余奥氏体不超过25%，允许断续颗粒状碳化物组织。不允许表面淬火裂纹。

心部组织：一般条状马氏体为主，允许少量（不超过5%）下贝氏体、粒状贝氏体组织，不允许存在游离的铁素体。

5、渗氮处理

表面硬度：渗氮钢600‐840HV、合金钢＞500 HV；设计图纸有明确要求按其要求。

渗氮层深度：一般0.2‐0.6mm，设计图纸有明确要求按其要求。

心部硬度：一般＞280 HV，设计图纸有明确要求按其要求。

表层组织：白亮层≤25μm，脆性组织≤2级。不允许表面淬火裂纹。

心部组织：回火索氏体，允许少量（不超过5%）铁素体。

检验严格程度一般可分为ME、MQ、ML三级。在重要使用场合时，热处理检验是严格的，一般使用场合，往往只检验表面硬度。

1、严格检验（ME级）

表面硬度：严格抽样

心部硬度：随炉试件首件确认

显微组织：随炉试件

硬化层深度：随炉试件

机械性能：随炉试件

2、中等（MQ级）

表面硬度：随机抽样

心部硬度：首件确认

显微组织：首件确认

硬化层深度：首件确认

机械性能：首件确认

3、一般（ML级）

表面硬度：首件检验

心部硬度：不要求检验

显微组织：不要求检验

硬化层深度：不要求检验

机械性能：不要求检验