典型齿轮材料与常用齿轮钢材的化学成份

齿轮概述

齿轮用钢的冶金质量要求

齿轮材料的重要热处理特性

齿轮材料的选择原则

齿轮传动概述

齿轮材料

常用齿轮钢材的化学成份

典型齿轮材料

低速重载及高速齿轮用渗碳

钢

拖拉机齿轮常用钢及热处理

技术要求

机床齿轮常用钢及热处理工艺

蜗杆蜗轮副材料的选用

汽车齿轮常用钢及热处理技

术要求

国外常用的齿轮材料

渗碳钢

渗碳用硼钢

渗氮钢

调质和表面淬火用钢齿轮用钢的冶金质量要求

齿轮传动概述

齿轮传动是机械传动中最主要的一种传动型式，历史悠久，应用非常广泛。齿轮传动的优点主要是：

1. 传动的适用功率和传动速度范围广，从极小到10万kW，从极低到40m/s以上。

2. 传动平稳，传动比恒定。

3. 传动效率高，可达99%。

4. 结构紧凑，传动方式多样。

就齿轮传动装置的密封形式来说，分为开式、半开式及闭式三种；就使用情况来说，有低速、高速及轻载、中载、重载之别；就齿轮热处理的不同，齿轮又分为硬齿面齿轮（如经整体或渗碳淬火、表面淬火或氮化处理，齿面硬度HRC>55）、中硬齿面（齿

轮经过整体淬火或表面淬火，齿面硬度大约载55>HRC>38，HB>350）和软齿面齿轮（如经调质、常化的齿轮，齿面硬度HB<350）。

齿轮传动的失效形式主要为齿面的疲劳点蚀、胶合、磨损、轮齿的疲劳断裂和塑性变形等，常见的是点蚀和断齿，开式齿轮主要是磨损和断齿。在设计齿轮传动时，齿轮材料及其热处理的选择是首要问题。原则上，承受较大载荷的齿轮的材料质量和热处理的齿面硬度要求也高，原则是齿面要硬、齿芯要韧。对高速或传动精度要求高的齿轮，多采用硬齿面和磨齿方案。对不重要的齿轮或载荷较小的齿轮，多从经济性考虑，材料要求不高，如优质或普通碳素钢调质或正火处理。

齿轮材料的重要热处理特性

淬透性

含义: 指钢接受淬火而获得马氏体的能力，不同钢种接受淬火的能力不同。

淬透性不同的钢，淬火后得到的淬透层深度不同，从而沿截面分布的金相组织以及机械性能也不同。淬透层深度是指由淬火表面马氏体到50%马氏体层的深度。全部淬透的工件通常表面残留着拉力，容易产生变形和开裂，同时对工作的疲劳性能也不利。

设计时考虑要点：

1. 零件尺寸越大，内部热容量越大，淬火时零件的冷却速度越慢，因此，淬透层越薄，性能越差，这种现象叫做“钢材的尺寸效应”。所以，不能根据小尺寸的性能数据用于大尺寸零件的强度计算，而必须考虑钢材的淬透性。

2. 大截面或结构复杂的齿轮采用多元合金钢，保证足够而适当的淬透性，保证沿整个截面有良好的综合机械性能，同时，减少变形，防止开裂。

3. 对碳钢齿轮，由于碳钢的淬透性低，在设计大尺寸时，正火和调质效果相似，而正火可降低成本，不必要求调质。

4. 大模数高质齿轮由于受到钢材淬透性的限制，应当开齿后调质。

淬硬性

含义：指钢在正常淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成马氏体组织能够达到最高硬度。

设计时考虑要点：淬硬性与淬透性不同，它主要取决于钢中的含碳量。钢中含碳量越高，淬火后硬度越高，而与合金元素关系不大。所以，淬火硬度高的钢不一定就淬透性高，而硬度低的钢，也可能具有高的淬透性。

过热敏感性

含义：指钢在正常淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成马氏体组织能够达到最高硬度。

设计时考虑要点：淬硬性与淬透性不同，它主要取决于钢中的含碳量。钢中含碳量越高，淬火后硬度越高，而与合金元素关系不大。所以，淬火硬度高的钢不一定就淬透性高，而硬度低的钢，也可能具有高的淬透性。

回火稳定性

含义：指钢在正常淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成马氏体组织能够达到最高硬度。

设计时考虑要点：淬硬性与淬透性不同，它主要取决于钢中的含碳量。钢中含碳量越高，淬火后硬度越高，而与合金元素关系不大。所以，淬火硬度高的钢不一定就淬透性高，而硬度低的钢，也可能具有高的淬透性。

变形开裂倾向

含义：指钢在加热和冷却过程中产生热应力和组织应力，其综合作用超过钢的σs或σb而产生变形开裂的倾向。

设计时考虑要点：加热或冷却速度太快，加热和冷却不均匀都容易造成工件变形甚至开裂，因此：

1. 设计齿轮时，在结构上应尽量避免尖角和厚薄断面的突然变化。

2. 采用缓和的淬火介质或淬火方法。

尺寸稳定性

含义：指零件在长期存放或使用中尺寸稳定不变的性能。这对精密齿轮是很重要的。

设计时考虑要点：引起尺寸变化的主要原因是内应力的存在以及组织中残余奥氏体的分解，因此，设计精密齿轮时，应当要求稳定化处理，如淬火后进行冷处理或低温时效。使马氏体趋于稳定，并减少内应力，以使齿轮尺寸稳定。

回火脆性

含义：指钢在某一温度范围回火时所发生的冲击性降低现象。

产生回火脆性的钢，不仅室温下冲击韧性较正常为低，而且使钢的冷脆温度大为提高。

设计时考虑要点：

合金结构钢在250℃～400℃回火时引起冲击韧性及断裂韧性下降，这种现象一般称为第一类回火脆性。它不能通过热处理方法来消除，设计时应考虑到这一点。

某些合金结构钢(如Cr钢、Cr-Ni钢及Cr-Mn钢)在375℃～575℃回火后缓慢冷却时也会产生脆性，一般称为第二类回火脆性，快冷可以予以消除。对于截面较大的齿轮，可选用含有Mo或W的钢，以消除或减小回火脆性。

齿轮材料

调质及表面淬火齿轮用钢

注：调质和表面淬火钢一般应是中碳钢(结构碳钢、合金钢、铸钢)。

齿轮用铸铁

铸铁齿轮与钢制齿轮相比,具有成本低、被切削性能好、耐磨性高、噪声低等优点。

灰铸铁强度低、塑性差，常用来制作对强度要求不高、但需耐磨的齿轮。常用牌号有HT200、HT250、HT300、HT350、HT400。