齿轮材料及热处理

齿轮材料及热处理

常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢、合金结构钢、铸钢和铸铁等。齿轮毛坯一般多采用锻件或轧制钢材，当齿轮较大(例如直径大于400～600mm)而轮坯不易锻造时，可采用铸钢;开式低速传动可采用灰铸铁;球墨铸铁有时可代替铸钢。列出了常用的齿轮材料及其热处理后的硬度。

齿轮常用的热处理方法有以下几种：

1.表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢、40Cr等。表面淬火后轮齿变形不大，可在不磨齿的情况下达到7级精度，齿面硬度可达52～56HRC。由于齿面接触强度高，耐磨性好，而齿芯部未淬硬仍有较高的韧性，故能承受一定的冲击载荷。表面淬火的方法有高频淬火和火焰淬火等。

2.渗碳淬火渗碳钢为含碳量0.15%～0.25%的低碳钢和低碳合金钢，例如20、20Cr等。渗碳淬火后齿面硬度可达56～62HRC，齿面接触强度高、耐磨性好，而齿芯部仍保持有较高的韧性，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。通常渗碳淬火后变形较大，需要磨齿。

3.调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钢。例如45、40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度一般为220～260HBS。因硬度不高，故可在热处理以后精切齿形，且在使用中易于跑合。

4.正火正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。

5.渗氮渗氮是一种化学热处理。渗氮后不再进行其他热处理，齿面硬度可达60～62 HRC。因氮化处理温度低，齿的变形小，因此适用于难以磨齿的场合(例如内齿轮)。氮化层一般不厚且较脆，故不宜用于有冲击的场合。常用的渗氮钢为38CrMoAlA。

上述五种热处理中，调质和正火后的齿面硬度较低(HBS≤350)，为软齿面齿轮;其他三种的齿面硬度较高，为硬齿面齿轮。软齿面工艺过程较简单，适用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时，考虑到小齿轮齿根较薄，且受载次数较多，弯曲强度较低，一般应使小齿轮齿面硬度比大齿轮高20～50HBS。硬齿面齿轮承载能力高，但需专门设备磨齿，常用于要求结构紧凑或生产批量大的齿轮。

常用的齿轮材料

类别牌号热处理硬度(HBS或HRC)

优质碳素钢

35正火150～180HBS

调质180～210HBS

表面淬火40～45HRC

45正火170～210HBS

调质210～230HBS

表面淬火43～48HRC

50正火180～220HBS

合金结构钢

40Cr调质240～285HBS

表面淬火52～56HRC

35SiMn调质220～260HBS

表面淬火40～45HRC

40MnB调质240～280HBS

20Cr渗碳淬火回火56～62HRC

20CrMnTi渗碳淬火回火56～62HRC

38CrMoAlA渗氮60HRC

铸钢ZG270-500正火140～170HBS ZG310-570正火160～200HBS

ZG340-640正火180～220HBS

ZG35SiMn正火160～220HBS

调质200～250HBS

灰铸铁HT200170～230HBS

HT300187～255HBS

球墨铸铁QT500-5147～241HBS

QT600-2229～302HBS