齿轮的材料及热处理
齿轮的材料及热处理
§11.2材料
钢制齿轮分为软齿面（齿面硬度HBS≤350）和硬齿面（齿面硬度HBS>350）; 一对齿轮中，小齿轮的齿面硬度最好比大齿轮的高25～50HBS
2．铸钢 3．铸铁 4．非金属材料
要求：会查表 齿轮常用材料及力学性能见
表11-1
11.2.2 齿轮的热处理
齿轮常用材料的选择及其热处理工艺分析
齿轮常用材料的选择及其热处理工艺分析介绍了齿轮常用材料及典型齿轮的热处理工艺，结合常用齿轮材料的性能特点，总结了齿轮材料选用原则及热处理工艺与提高其承载能力以及延长使用寿命之间的关系，旨在通过理论来指导实践。
标签：齿轮材料；热处理；性能；承载能力引言齿轮作为传动系统中应用非常广泛的零件，在工作时，所受应力往往是非常复杂的，一是需要承受齿轮齿根部的循环往复的弯曲应力，二还要考虑接触应力以及齿面之间的相互接触所带来的不良影响，同时具有较强的摩擦齿面，齿轮啮合时，它会吸收一定量的冲击载荷。
齿轮使用过程应避免齿面磨损太多，甚至以断齿、疲劳点蚀形式失效。
合适的热处理工艺能提高齿轮的耐磨性、承载能力和使用寿命，热处理后的齿轮具有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度（抗疲劳点蚀），齿面具有较高的硬度和耐磨性，齿轮心部具有足够的强度和韧性[1]。
齿轮材料的选择以及相关的热处理工艺无论是对于齿轮的质量，又或者是齿轮的使用性能都会产生很大的影响。
比较常用的热处理工艺包括：表面淬火、碳氮共渗、渗碳、渗氮、回火、正火等。
而对于齿轮材料的选择，锻钢、铸钢、铸铁、有色金属、非金属材料等都是非常理想的选择。
1 齿轮材料及热处理工艺1.1 锻钢根据齿面的软硬程度，钢制齿轮包括软齿面齿轮和硬齿面齿轮，它们之间的分界线是布氏硬度为350HBS的时候，大于350HBS为硬齿面，反之则是软齿面。
1.1.1 软齿面齿轮软尺面齿轮，工艺路线：锻造毛坯→正火→粗车→调质、精加工。
常用材料；45#、35SiMn、40Cr、40CrNi、40MnB等。
软齿面齿轮的特点：性能优良，齿面本身的硬度、强度都理想，齿心的韧性好；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。
1.1.2 硬齿面齿轮（1）采用中碳钢时的加工工艺过程为：锻造毛坯→常化→粗切→调质→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。
齿轮材料选择及其热处理
齿轮材料选择及其热处理The document was finally revised on 2021齿轮材料选择及其热处理摘要：齿轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件，是能互相啮合的有齿的机械零件，是机械传动中应用最广泛的零件之一。
在齿轮的制造过程中,合理选择材料与热处理工艺,是提高承载能力和延长使用寿命的必要保证。
常用齿轮材料锻钢、铸钢、铸铁、有色金属、非金属材料等的选择及热处理工艺进行了分析。
关键词：齿轮材料热处理工艺一、齿轮结构：二、齿轮的分类：按其外形分为：圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、、蜗杆蜗轮按齿线形状分为：直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮按轮齿所在的表面分为：外齿轮、内齿轮按制造方法可分为：铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮三、常用齿轮材料及热处理工艺的选择:1)高承载能力的重要齿轮，如汽车、拖拉机、矿山机械及航空发动机等齿轮汽车、拖拉机等齿轮主要分装在变速箱和差速器中，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, 工作条件比较差。
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，因此选用渗碳钢经渗碳、淬火及低温回火后使用最为合适。
小模数齿轮一般采用20Cr和20CrMnTi,而较大模数齿轮采用30CrMnTi 钢。
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2)中等承载能力的齿轮，主要用于切削机床齿轮机床齿轮大多用于齿轮箱,传递动力,改变运动速度和方向,工作条件相对较好,载荷不大,工作平稳无强烈冲击,转速也不高,属工作条件较好的齿轮。
因此,要求综合力学性能好,一般选用调质钢制造, 如40 钢、45 钢、40Cr、40SiMn 等。
工艺路线一般为:备料——锻造——正火——机械粗加工——调质——机械半精加工——高频感应淬火+ 低温回火——磨削3)较低承载能力的齿轮较低承载能力的齿轮一般选用中碳钢(40、45)或低合金中碳钢(40Cr、40Mn、40MnB等)制造,进行调质处理,调质后硬度约为200～300HB。
齿轮材料及热处理质量检验要求
齿轮资料及热办理质量查验要求铸铁资料（灰口及球墨铸）序项目灰口铸铁球墨铸铁号MLMQ MEMLMQ ME1化学成分不查验100%查验100%查验提交锻造合格证提交锻造合格证2冶炼不规定电炉或相当设施不查验电炉或相当设施查验σs(σ0.2)，σb,要求σb或HB，针对δ5，3力学性能只供给HB值同炉号独立的试样不规定φ(代表性试样)做查验报告凑近实质轮齿部位查验HB4石墨形态规定但不用查验只担供HB值限制基体组织规定位不用查验铁素体含量≤5%不查验5焊补在轮齿部位不赞同焊补，其余部位只好在认同工艺下进行，焊不赞同焊补补后应进行去应力退火办理介绍500～530℃，6去应力退火不规定对于灰口合金铸铁不规定介绍500～560℃保530～560℃温适合时间保温适合时间7内部缩孔（裂纹）不查验查验气孔、裂纹、砂为查验查验气孔、裂纹、砂眼，限制缺点眼，限制缺点不赞同有裂纹，8表面裂纹不查验着色浸透探伤不查验100%经磁粉或着色浸透探伤，大量量产品可抽样查验非表面硬化调质钢（铸件）序号项目ML、MQ ME1化学成分不查验100%追踪原始铸件，提交查验报告2品粒度不规定5级或更细晶粒，提交查验报告查验σs(σ0.2)，σb,δ5，φ、HB，100%追踪原始铸3热办理后的力学性能HB件，提交查验报告。
也可按供需两方协议进行4无损检测介绍检查轮齿及齿根部位，对于大直径工件，在切齿超声波检查（粗车状态）不规定前检查缺点。
[按GB/T7233，合格标准：Ⅰ区（外圆至齿根以下25mm外）为1级，Ⅱ区（轮缘其余部位）为2级]表面裂纹检测（最后加工状态）不赞同存在裂纹。
100%经磁粉或着色浸透探伤检查，对于大量量产品可抽查5焊补可按规定工艺进轮齿部位不赞同。
其余部位只赞同在热得理前的粗车行状态进行，切齿后不可以焊补注：当铸钢件质量达到段钢件（锻打或轧制）质量标准时，对与锻钢小齿轮配对的铸钢齿轮，也可采纳锻钢的许用应力值计算其承载能力，但这种状况须经试验数据或应用实例考证非表面硬化调质钢（锻件或轧材）序项目号化学成分1）资料纯度2）（按2GB/T10561查验）晶粒度锻造比3）热办理后5力学性能显微组织6无损检测ML MQ ME MX不查验100%追踪原始铸件，供给查验报告钢材在钢包中脱氧及精华，并应经过真空脱气。
齿轮锻造工艺
齿轮锻造工艺齿轮作为机械传动中不可或缺的部件，其制造工艺也显得尤为重要。
齿轮锻造工艺是一种常见的制造方法，下面将详细介绍齿轮锻造的工艺流程及注意事项。
一、材料选择1.1 钢材选择齿轮锻造所选用的钢材应具备高强度、高耐磨性、高耐蚀性等特点。
常用的钢材有20CrMnTi、40CrNiMoA、42CrMo等。
1.2 材料热处理在进行齿轮锻造前，需要对材料进行热处理。
通过控制加热温度和保温时间，使钢材达到适宜的组织状态。
常用的热处理方法有淬火+回火、正火等。
二、预备工作2.1 切割原材料将所选用的钢材按照要求切割成合适大小的坯料。
2.2 加热坯料将切割好的坯料放入加热炉中进行加热，使其达到适宜锻造温度。
三、锻造工艺3.1 模具设计与制作根据齿轮的形状和尺寸，设计合适的模具。
模具制作需要注意材料的选用和加工精度。
3.2 锻造过程将加热坯料放入锻造机中，按照设计好的模具形状进行锻造。
锻造过程中需要注意温度、力度、速度等参数的控制。
3.3 修整将锻造后的齿轮进行修整，去除表面毛刺和不规则部分。
四、后处理工艺4.1 热处理对锻造后的齿轮进行热处理，以提高其硬度和耐磨性。
4.2 机加工通过车床、铣床等机器进行加工，使齿轮达到要求的精度和表面光洁度。
五、质量检测5.1 外观检测对齿轮外观进行检查，排除表面缺陷等问题。
5.2 尺寸检测通过专业设备进行尺寸测量，确保齿轮符合要求。
5.3 功能测试通过装配到相应设备中进行功能测试，确保齿轮能够正常运转。
六、注意事项6.1 温度控制在锻造过程中需要严格控制温度，避免过高或过低对钢材造成损害。
6.2 锻造力度锻造力度需要根据齿轮的形状和尺寸进行调整，避免出现变形等问题。
6.3 热处理热处理需要严格按照要求进行，以保证齿轮的硬度和耐磨性。
以上就是齿轮锻造工艺的详细介绍。
在实际生产中，还需要根据具体情况进行调整和改进，以提高齿轮的质量和生产效率。
各类齿轮热处理要求及材质要求
各类齿轮热处理要求及材质要求一、工作条件以及材料与热处理要求1.条件:低速、轻载又不受冲击要求:HT200HT250HT300去应力退火2.条件:低速(＜1m/s)、轻载,如车床溜板齿轮等要求:45调质,HB200-2503.条件:低速、中载,如标准系列减速器齿轮要求:4540Cr40MnB(5042MnVB)调质,HB220-250Y4.条件:低速、重载、无冲击,如机床主轴箱齿轮要求:40Cr(42MnVB)淬火中温回火HRC40-455.条件:中速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴箱齿轮要求:40Cr、40MnB、42MnVB调质或正火,感应加热表面淬火,低温回火,时效,HRC50-556.条件:中速、中载或低速、重载,如车床变速箱中的次要齿轮要求:45高频淬火,350-370℃回火,HRC40-45(无高频设备时,可采用快速加热齿面淬火)7.条件:中速、重载要求:40Cr、40MnB(40MnVB、42CrMo、40CrMnMo、40CrMnMoVBA)淬火,中温回火,HRC45-50.8.条件:高速、轻载或高速、中载,有冲击的小齿轮要求:15、20、20Cr、20MnVB渗碳,淬火,低温回火,HRC56-62.38CrAl38CrMoAl渗氮,渗氮深度0.5mm,HV9009.条件:高速、中载,无猛烈冲击,如机床主轴轮.要求:40Cr、40MnB、(40MnVB)高频淬火,HRC50-55.10.条件:高速、中载、有冲击、外形复杂和重要齿轮,如汽车变速箱齿轮(20CrMnTi淬透性较高,过热敏感性小,渗碳速度快,过渡层均匀,渗碳后直接淬火变形较小,正火后切削加工性良好,低温冲击韧性也较好)要求:20Cr、20Mn2B、20MnVB渗碳,淬火,低温回火或渗碳后高频淬火,HRC56-62.18CrMnTi、20CrMnTi(锻造→正火→加工齿轮→局部镀同→渗碳、预冷淬火、低温回火→磨齿→喷丸)渗碳层深度1.2-1.6mm,齿轮硬度HRC58-60,心部硬度HRC25-35.表面:回火马氏体+残余奥氏体+碳化物.中心:索氏体+细珠光体11.条件:高速、重载、有冲击、模数要求:20Cr、20Mn2B渗碳、淬火、低温回火,HRG56-62.12.条件:高速、重载、或中载、模数＞6,要求高强度、高耐磨性,如立车重要螺旋锥齿轮要求:18CrMnTi、20SiMnVB渗碳、淬火、低温回火,HRC56-6213.条件:高速、重载、有冲击、外形复杂的重要齿轮,如高速柴油机、重型载重汽车,航空发动机等设备上的齿轮.要求:12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20CrMnMoVBA(锻造→退火→粗加工→去应力→半精加工→渗碳→退火软化→淬火→冷处理→低温回火→精磨)渗碳层深度1.2-1.5mm,HRC59-62.14.条件:载荷不高的大齿轮,如大型龙门刨齿轮要求:50Mn2、50、65Mn淬火,空冷,15.条件:低速、载荷不大,精密传动齿轮.要求:35CrMO淬火,低温回火,HRC45-5016.条件:精密传动、有一定耐磨性大齿轮.要求:35CrMo调质,HB255-302.17.条件:要求抗磨蚀性的计量泵齿轮.要求:9Cr16Mo3VRE沉淀硬化18.条件:要求高耐磨性的鼓风机齿轮.要求:45调质,尿素盐浴软氮化.19.条件:要求耐、保持间隙精度的25L油泵齿轮。
常用齿轮材料的选择及其热处理工艺总结
齿轮材料的选择及其热处理工艺1、齿轮材料的选择原则齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多，下述几点可供选择材料时参考：1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。
例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择机械性能高的合金银；矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，因此往往选择铸钢或铸铁等材料；家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平稳、低噪声或无噪声、以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。
总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。
2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。
大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。
中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。
尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。
齿轮表面硬化的方法有：渗碳、氨化和表面淬火。
采用渗碳上艺时，应选用低碳钢或低碳含金钢作齿轮材料；氨化钢和调质钢能采用氮化工艺；采用表面淬火时，对材料没有特别的要求。
3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。
4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。
5）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。
6）金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为30〜50HBS或更多。
当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差（如小齿轮齿面为淬火并磨制，大齿轮齿面为常化或调质）；且速度又较高时，较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的疲劳极限。
因此，当配对的两齿轮齿面具有较大的硬度差时，大齿轮的接触疲劳许用应力可提高约20％，但应注意硬度高的齿面，粗糙度值也要相应地减小。
高温渗碳齿轮热处理工艺
高温渗碳齿轮热处理工艺高温渗碳齿轮热处理工艺是一种常用的齿轮表面强化方法，能够有效提高齿轮的硬度、磨损性能和行星齿轮的承载能力。
该工艺在制造和应用领域具有广泛的应用前景。
下面将介绍高温渗碳齿轮热处理工艺的基本步骤和关键技术。
首先，高温渗碳齿轮热处理工艺的基本步骤如下：1. 材料准备：选择适宜的齿轮材料，通常采用中碳钢或合金钢。
同时，对材料进行预处理，如去油、除锈等工序，确保齿轮表面清洁。
2. 渗碳剂的选择：根据具体的工艺规定和齿轮要求，选择合适的渗碳剂。
渗碳剂的选择与温度、时间和渗碳深度有关，需进行实验验证。
3. 预热处理：将齿轮在高温炉中进行预热，使其达到适宜的温度，以减少渗碳剂对齿轮的反应时间。
4. 渗碳处理：将齿轮浸入渗碳剂中，通过高温和长时间的作用，使渗碳剂中的碳元素渗入齿轮表面，增加其硬度和耐磨性。
5. 淬火处理：将渗碳后的齿轮快速冷却，以获得高硬度和耐磨性。
淬火介质的选择和冷却速度控制对齿轮性能有重要影响。
6. 返火处理：对淬火后的齿轮进行返火处理，以消除内部应力，提高韧性和稳定性。
7. 表面处理：对齿轮进行表面处理，如抛光、打磨等，以提高表面质量和齿轮的精度。
高温渗碳齿轮热处理工艺中的关键技术主要包括温度控制、时间控制和渗碳剂的选择。
温度控制是保证渗碳效果和齿轮性能的重要因素。
温度过高会造成齿轮变形、变脆和表面质量下降，温度过低则会影响渗碳效果。
因此，在温度控制上，需根据具体的工艺要求严格控制温度范围，并进行实时监控和调整。
时间控制是决定渗碳深度和齿轮性能的关键因素。
时间过短会使渗碳层过浅，无法达到要求的硬度和耐磨性；时间过长则会造成过渗碳和渗碳层变脆。
因此，在时间控制上，需根据具体的工艺规定和齿轮要求，选择适宜的渗碳时间。
渗碳剂的选择对工艺和齿轮性能具有重要影响。
不同的渗碳剂含有不同的碳元素，渗碳剂的选择需根据具体的齿轮要求和工艺推荐进行。
此外，渗碳剂的浓度和使用次数也需根据实际情况进行调整和控制。
齿轮材料选择及其热处理
齿轮材料选择及其热处理摘要：齿轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件，是能互相啮合的有齿的机械零件，是机械传动中应用最广泛的零件之一。
在齿轮的制造过程中,合理选择材料与热处理工艺,是提高承载能力和延长使用寿命的必要保证。
常用齿轮材料锻钢、铸钢、铸铁、有色金属、非金属材料等的选择及热处理工艺进行了分析。
关键词：齿轮材料热处理工艺一、齿轮结构：二、齿轮的分类：按其外形分为：圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆蜗轮按齿线形状分为：直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮按轮齿所在的表面分为：外齿轮、内齿轮按制造方法可分为：铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮三、常用齿轮材料及热处理工艺的选择:1)高承载能力的重要齿轮，如汽车、拖拉机、矿山机械及航空发动机等齿轮汽车、拖拉机等齿轮主要分装在变速箱和差速器中，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, 工作条件比较差。
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，因此选用渗碳钢经渗碳、淬火及低温回火后使用最为合适。
小模数齿轮一般采用20Cr 和20CrMnTi,而较大模数齿轮采用30CrMnTi 钢。
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2)中等承载能力的齿轮，主要用于切削机床齿轮机床齿轮大多用于齿轮箱,传递动力,改变运动速度和方向,工作条件相对较好,载荷不大,工作平稳无强烈冲击,转速也不高,属工作条件较好的齿轮。
因此,要求综合力学性能好,一般选用调质钢制造, 如40 钢、45 钢、40Cr、40SiMn 等。
工艺路线一般为:备料——锻造——正火——机械粗加工——调质——机械半精加工——高频感应淬火+ 低温回火——磨削3)较低承载能力的齿轮较低承载能力的齿轮一般选用中碳钢(40、45)或低合金中碳钢(40Cr、40Mn、40MnB等)制造,进行调质处理,调质后硬度约为200～300HB。
齿轮零件的材料、毛坯及热处理(精)
齿面热处理
为了提高齿面硬度、 增加齿轮的承载能力和 耐磨性，通常在滚、插、 剃齿之后，珩、磨齿之 前安排齿面高频感应加 热淬火、渗碳淬火、氮 碳共渗和渗氮等热处理 工序。
精密机械制造基础 四、课程总结
1
齿轮零件的材料
课 程 总 结
3
2
齿轮的毛坯
齿轮的热处理
精密机械制造基础 五、思考题
现要设计一个用于矿山带式输送机上的双级减速器中的低速级直
40Cr、球墨铸铁
精密机械制造基础 二、齿轮的毛坯 齿轮常用的毛坯是铸铁件、棒料、锻坯和铸钢坯。
棒料 铸铁件 锻坯
铸钢坯
精密机械制造基础 三、齿轮的热处理
在齿轮加工工艺中，热处理工序的位置安排十分重要，它直接影响 齿轮的力学性能及切削加工的难易程度。
毛坯热处理
为了消除铸造、 锻造和粗加工造成的 残余应力，改善齿轮 材料内部的金相组织 和切削加工性能，通 常在齿轮毛坯加工前 后安排调质或正火等 预热处理。
齿轮零件材料、毛坯及热处理
主讲教师：时虹 副教授
精密机械制造基础
目 录
01
02
齿轮零件的材料 齿轮的毛坯
03
04
齿轮一、齿轮零件的材料
齿轮应根据使用要求和工作条件选取合适的材料，普通齿轮选用中碳钢 和中碳合金钢，如40、45、40Cr、42SiMn等；强度要求高的齿轮可选取 20Mn2B、18CrMnTi、20Cr等低碳合金钢；对于低速轻载的开式传动的齿 轮可选取ZG40、ZG45等铸钢材料或灰铸铁；非传力齿轮可选取尼龙、夹 布胶木或塑料等。
齿圆柱齿轮传动机构，已知低速级小齿轮功率p1=29kw，输入转速 n1=242.2r/min，传动比 i=3.5，工作机载荷有轻微冲击，每天工作 12小时，结构紧凑，输送机单向运转，可靠性一般，试选择该低速级 齿轮传动机构中齿轮的材料、毛坯及热处理方式。
常用齿轮材料及热处理
常用齿轮材料及热处理齿轮是一种常见的机械传动元件，广泛应用于各种机械设备中。
齿轮材料的选择和热处理技术的应用对于齿轮的性能和使用寿命有着重要的影响。
下面将介绍一些常用的齿轮材料及其热处理方法。
1.铸铁材料铸铁是一种常用的齿轮材料，具有良好的可铸性、低成本和较高的耐磨性。
根据使用环境和要求，铸铁齿轮可以选择不同的热处理方法，如退火、正火和渗碳等。
退火可以改善铸铁的韧性和耐磨性，正火可以提高硬度和强度，渗碳可以增加齿面的硬度和耐磨性。
2.钢材料钢是齿轮制造中最常用的材料之一，具有较高的强度、硬度和耐磨性。
常用的钢材包括低碳钢、中碳钢和合金钢。
对于低碳钢和中碳钢，常用的热处理方法有退火、正火、淬火和渗碳等。
退火可以改善钢材的韧性，正火可以提高硬度和强度，淬火可以获得较高的硬度和耐磨性，渗碳可以增加齿面的硬度和耐磨性。
对于合金钢，除了上述热处理方法外，还可以通过调质淬火来提高材料的强度和耐磨性。
3.不锈钢材料不锈钢是一种耐腐蚀性能较好的材料，常用于要求齿轮具有较高质量和美观外观的场合。
不锈钢的热处理方法主要包括退火和淬火。
退火可以消除不锈钢材料的内部应力和碳化物析出，提高材料的韧性和耐腐蚀性能。
淬火可以提高不锈钢材料的硬度和强度。
4.铝合金材料铝合金是一种密度低、重量轻的材料，常用于要求齿轮具有较高强度和良好耐磨性的场合。
对于铝合金齿轮，常用的热处理方法有固溶处理和时效处理。
固溶处理可以提高铝合金的强度和耐磨性，时效处理可以进一步提高材料的硬度和强度。
在选择齿轮材料和热处理方法时，需要根据具体的应用场景和要求来确定。
不同的材料和处理方法可以使齿轮具有不同的性能和使用寿命。
因此，在设计和生产齿轮时，应根据实际情况选择适合的材料和热处理方法，以确保齿轮的性能和可靠性。
常用齿轮材料的选择及其热处理工艺总结
齿轮材料的选择及其热处理工艺1、齿轮材料的选择原则齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多，下述几点可供选择材料时参考：1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。
例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择机械性能高的合金银；矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，因此往往选择铸钢或铸铁等材料；家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平稳、低噪声或无噪声、以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。
总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。
2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。
大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。
中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。
尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。
齿轮表面硬化的方法有：渗碳、氨化和表面淬火。
采用渗碳上艺时，应选用低碳钢或低碳含金钢作齿轮材料；氨化钢和调质钢能采用氮化工艺；采用表面淬火时，对材料没有特别的要求。
3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。
4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。
5）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。
6）金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为30～50HBS或更多。
当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差（如小齿轮齿面为淬火并磨制，大齿轮齿面为常化或调质）；且速度又较高时，较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的疲劳极限。
因此，当配对的两齿轮齿面具有较大的硬度差时，大齿轮的接触疲劳许用应力可提高约20％，但应注意硬度高的齿面，粗糙度值也要相应地减小。
常用铸造齿轮材料及其热处理工艺方法
常用铸造齿轮材料及其热处理工艺方法铸造齿轮因其加工性能好、耐磨性高、噪声低及成本低等优点，在机械制造行业得到广泛应用。
常用铸造齿轮材料主要包括铸铁及铸钢。
常用齿轮铸铁材料是灰铸铁和球墨铸铁，因铸铁中存在游离石墨和多孔性结构，故齿轮的耐磨性良好、噪声小。
与铸铁齿轮材料相比，铸钢材料具有较高强度、硬度和耐磨性能，可用于负荷较大的大型齿轮。
一、铸铁齿轮材料及其热处理铸铁齿轮常用材料为灰铸铁及球墨铸铁。
1.齿轮用灰铸铁灰铸铁抗拉强度低，脆性较高，抗弯及耐冲击能力很差，但它易于铸造，易切削，具有良好的耐磨性、缺口敏感性小、减振性及成本低特点，可用于低速、载荷不大的开式齿轮传动。
（1）齿轮用灰铸铁的牌号及力学性能齿轮用灰铸铁的牌号及抗拉强度见表1。
（2）灰铸铁齿轮表面硬度和耐磨性灰铸铁表面热处理前最好先正火处理。
表面热处理，如高中频感应淬火及化学热处理等，其中高中频感应淬火应用最多。
高中频感应淬火温度通常采用850~950℃加热淬火，由于铸铁导热性差，因此加热速度不易太快，单位功率要比同样的钢件小一些。
否则，会产生裂纹和熔化现象。
铸铁经高频感应加热后，淬火冷却介质一般采用水、PAG进行冷却。
回火温度一般在200~400℃，铸铁齿轮经淬火、回火后硬度为40~50HRC。
灰铸铁齿轮金相检验执行GB/T7216《灰铸铁金相检验》标准。
2.齿轮用球墨铸铁球墨铸铁的性能介于钢和灰铸铁之间，强度比灰铸铁高很多，具有良好的韧性和塑性，在冲击不大的情况下，可代替钢制齿轮。
齿轮制造主要使用珠光体和贝氏体球墨铸铁，牌号在QT500以上，热处理一般采用正火+回火。
（1）球墨铸铁牌号、基体组织、力学性能及其各热处理状态下的力学性能球墨铸铁牌号、基体组织、力学性能见表2。
（2）球墨铸铁热处理铸造齿轮毛坯的预处理一般采用退火、正火，也可进行正火+回火，或调质处理。
球墨铸铁齿轮的常用热处理工艺见表3。
（3）球墨铸铁金相检验执行GB/T9441《球墨铸铁金相检验》标准。
陈国民：齿轮材料和热处理1
(3)金相组织 淬火钢表层含有5%的非马氏体（体积分数）组织时，弯曲疲劳 极限将降低10%。图3是非马氏体组织对弯曲疲劳极限的影响。对于马氏体组织， 只有经过适当回火后才有良好的疲劳性能。
疲 劳 极 限
40Mn2 42MnMo 40CrNiMo 40Cr 40B
图3 非马氏体组织对疲劳极限的影响
σ-1/MPa
平均寿命周 次（×106）
寿命 比
3.15～4.41
3.85
1.00
1.88～2.21
2.08
0.54
4.89～5.20
5.06
1.31
注：
1.喷丸工艺：喷丸在转台喷丸机上进行，铁丸尺寸为Ф0.6～Ф1.0mm，喷射速度为58.3m/s，转台每转一 圈,将零件转90°,一般喷丸共喷四圈，强化喷丸喷八圈。 2.齿轮用20Mn2TiB钢制造，经气体渗碳（层深1.0～1.3mm），淬火及回火。 3.试验在封闭式变速箱试验台上进行，中间轴挂一档作运转试验，以中轴一档齿轮的损伤为寿命的标准。
5 8 ～ 6 4 HRC 或 7 5 . 7 ～ 81.1HR30N,同炉热处理件数 ≤5时全部检查，否则抽查
7.2
模 数 ≥ 1 2 mm 时 齿 宽 中线齿根区域的表面
不规定
满足图样要求，抽查代 满足图样要求，全部检
8 心部硬度
21HRC以上
25HRC以上
推荐测量位置：齿宽中部齿根30°切线的 法向上，深度为5倍硬化层深，但不小于1 倍模数。可按技术条件要求，或采用供需 双方协议的检查方法进行检测。
GB/T 10561方法B检验Ⅱ区纯度，检验面积近200mm2.下表为夹杂物
3
纯度及冶炼
级别。
A
B
齿轮的材料选择及热处理
齿轮的材料选择及热处理3赵越超,付 莹(辽宁工程技术大学机械工程学院,辽宁阜新 123000)摘 要:介绍了齿轮工作中的失效形式和性能要求,针对钢制齿轮,根据齿轮工作时载荷的大小、转速的高低及齿轮的精度,分析了齿轮材料的选择和相应的热处理工艺。
同时还介绍了钢制齿轮常用的热处理方法,最后论述了典型零件的选材及工艺路线。
关键词:钢制齿轮;载荷;转速;精度;热处理中图分类号:TG14 文献标识码:A 文章编号:1007-4414(2007)05-0070-02M a ter i a l selecti on and hea t trea tm en t of gearsZhao Yue -Chao,Fu Ying(School of m echanical engineering,L iaoning technical university ,Fuxin L iaoning 123000,China )Abstract:I n this paper,the failure mode and perfor mance requirements of gears are intr oduced .I n vie w of steel gears,the material selecti on and the corres ponding heat treat m ent p r ocess is analysed based on the size of work l oad,s peed and the accu 2racy of gears .The author als o intr oduces the methods of heat treat m ent used in steel gears,finally discusses the choices and p r ocess r outes of typ ical parts .Key words:steel gear;l oad;s peed;accuracy;heat treat m ent 齿轮用于机械装置中功率的传递与速度的调节,在汽车、拖拉机、机床、起重机械等产品中不仅有重要的作用,而且用量相当大。
齿轮的热处理
齿轮传动的特点齿轮传动是目前最广泛的一种传动形式，可用来传递任意两轴间运动和动力。
齿轮传动在矿山机械、运输机械、化工机械、建筑机械、起重机械、金属切削机床中都有着广泛的应用。
齿轮传动所以能获得如此广泛的应用，是因为它具有下列优点：①瞬时传动比恒定，工作平稳性高；②效率高，高精度的一对渐开线圆柱齿轮，效率可达0.99以上；③传动比范围大，可用于减速或增速；④传动功率和圆周速度的范围大，功率可以小于一瓦到高达十几万千瓦，圆周速度小可以很低，也可以达到300m/s以上；⑤尺寸小，结构紧凑。
但齿轮传动具有以下缺点:①制造成本较高，高精度的齿轮需用高精度的机床和刀具，故制造成本高；②低精度的齿轮在传动时冲击、振动、噪声较大；③不适用于远距离两轴间的传动。
齿轮传动的类型齿轮传动应用广、类型多。
按其相对运动情况可分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两大类。
⒈平面齿轮传动两齿轮间相对运动为平面运动，其轴线互相平行。
⒉空间齿轮传动两齿轮间相对运动为空间运动，其轴线相交或交错。
按照齿轮轴线间相互位置、齿向和啮合情况，齿轮传动的分类见表1齿轮传动的类型和应用表-1按照工作条件，齿轮传动可分为开式、半开式和闭式三种。
开式传动齿轮外漏，灰尘及杂物易落入齿面且润滑较差，故齿面易磨损，多用于低俗不重要的场合；半开式传动设有简单的防护罩，润滑得以改善，但灰尘和杂物仍能侵入；闭式传动，其齿轮及轴承均封闭在刚性较大的箱体内，具有良好的润滑和工作条件，故用于重要的场合。
渐开线齿轮的基本参数⑴齿数z：齿轮圆周上凸出的部分称为轮齿，其总数称为齿数，它均匀分布在圆柱体上。
齿数用z表示。
模数压力角一定时，齿数越多，齿轮几何尺寸越大，同时渐开线齿廓曲线平缓。
⑵模数m：分度圆直径d与齿距p及齿数z之间的关系为πd=pz或d=p/π z式中，π为无理数，计算出d若也为无理数，这将给齿轮的设计、制造和检验等带来很大不方便。
所以工程上把p/π规定为简单有理数并标准化，称为齿轮的模数，用m表示，其单位为mm，即m=p/π或p=πm所以d=mz模数是齿轮的一个参数，是齿轮所有几何尺寸计算的基础。
两对直齿圆柱齿轮,材料,热处理完全相同,方案
两对直齿圆柱齿轮,材料,热处理完全相同,方
案
两对直齿圆柱齿轮在机械传动中扮演着重要的角色，而材料与热
处理的选择则会影响到齿轮的使用寿命、扭矩传递能力、运行稳定性
等诸多性能，因此在进行齿轮设计时，对其材料和热处理方案需要认
真考虑。
一、选择材料
直齿圆柱齿轮的材料通常有石墨素铸铁、碳素钢、合金钢、铸钢等。
对于同样形状的齿轮，材料的选择会影响其强度、硬度、韧性等。
若要保证齿轮的耐磨损性和传动性能，则需要选择硬度高、强度大的
材料。
在此案例中，若两对齿轮所处的工作环境温度较高，应选择耐高
温的材料，例如铸钢（GCr15）。
若工作环境温度较低，则可以选择碳
素钢或合金钢作为齿轮材料。
二、确定热处理方案
齿轮的热处理是保证其性能的关键之一，热处理方案的选择直接
影响到齿轮的性能，如强度、硬度、韧性、抗磨损性。
通常，齿轮的热处理工艺包含加热、淬火、回火三个基本阶段。
加热温度、淬火介质和温度、回火温度等参数的选择与控制缺一不可。
以GCr15为例，在加热温度为860℃时，淬水冷却+-1℃，温度达到60℃以下，并在240-260℃间进行回火，可以得到性能稳定、强度巨大的齿轮。
总之，在设计齿轮时，需要考虑到所处工作环境、齿轮性能等多
方面因素，从而合理选择材料和热处理方案，以确保齿轮的使用寿命
和传动效率。
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文章编号:1005-7854(2000)03-0020-04齿轮的材料及热处理王小宝(北京矿冶研究总院,北京100044)摘 要:齿轮传动是机械传动主要形式之一,应用极为广泛。
采用适当材料制作齿轮及对其进行正确的热处理,可大大提高齿轮传动的可靠性,延长齿轮寿命。
本文论述了常用齿轮材料的种类、特点以及齿轮热处理方法和特点。
关键词:齿轮材料;热处理;渗碳;渗氮中图分类号:TG 162173 文献标识码:AMA TERIAL AND HEA T TREA TM EN T OF GEARSW A N G Xiao 2bao(Beiji ng General Research Instit ute of M i ni ng and Metall urgy ,Beiji ng 100044,Chi na )ABSTRACT:G ear transmission ,one of main mechanical transmissions ,is extensively used in mechanical industry.Correct material and heat treatment of gears can increase the reliability of gear transmission and last the life of gears.In this paper ,the common materials of gears and their properties and the methods for heat treatment of gears and their feasures are expounded.KE Y WOR DS :G ear material ;Heat treatment ;Carburization ;Nitriding 收稿日期:1999-03-05作者简介:王小宝,机械研究所高级工程师。
1 引 言齿轮在工作过程中起着传递动力和改变速度的作用,啮合齿面间既有滚动、又有滑动,轮齿根部还受到脉动或交变弯曲的作用。
在由此而引起的各种应力的作用下,齿轮将发生轮齿折断、齿面胶合、齿面疲劳及齿面磨损等失效情况。
引起齿轮失效的主要应力有:摩擦力、接触应力和弯曲应力。
根据齿轮失效的形式和原因,在选择齿轮材料及热处理方法时应从以下几方面考虑:①轮齿表面有足够的硬度。
齿面存在实际上的凹凸不平,因而局部会产生很大的压强,引起金属塑性变形或嵌入相对表面,导致金属直接接触和粘着,当啮合齿面相对滑动时,产生了摩擦力。
齿面磨损就是由于相互摩擦的结果。
减少这类磨损的关键,是提高轮齿表面的塑变抗力,即提高齿面硬度。
提高齿面硬度还可以改善齿面接触状态,从而提高齿面的抗疲劳能力。
②轮齿芯部要有足够的强度和韧性,以保证在变载荷或冲击载荷作用下,轮齿有足够的抗冲击能力。
③大小齿轮应有一定硬度差,以提高其抗胶合能力。
④须考虑材料加工性和经济性。
第9卷 第3期2000年9月 矿 冶MININ G &METALLURGY Vol.9,No.3September 20002 齿轮材料常用于制造齿轮的材料主要是钢,其次是铸铁,在某些场合,也可使用非金属材料。
211 钢制齿轮根据齿轮毛坯的制造方法,钢制齿轮可以锻造、铸造或用轧制圆钢制造,其中锻造齿轮因强度较高,故应用较广。
各种齿轮用钢,其冶炼质量均有一定的要求。
表1为各种齿轮用钢的国标要求。
表1 齿轮用钢的冶金质量要求Table 1 Metallurgic quality of gear steel项目名称检验标准技术要求疏松和偏析 G B1979-80《结构钢低倍组织缺陷评级图》 缺陷名称级数一般疏松和中心疏松4级一般点状偏析和边缘点状偏析4级 合金钢按G B3077-88规定钢 种一般疏松中心疏松偏 析优质钢≤3级≤3级≤3级高级优质钢≤2级≤2级≤215级非金属夹杂 Y B25-77《钢中非金属夹杂物显微评定法》 “钢中非金属夹杂物级别图”合金钢按G B3077-88规定氧化物硫化物氧化物加硫化物≤3级≤3级≤515级项目名称检验标准技术要求带状组织 Y B31-64《钢的显微组织(游离渗碳体、带状组织、魏氏组织)》 齿轮渗碳钢要求不大于3级晶粒度 Y B27-77《钢的晶粒度测定法》 钢的本质晶粒度通常不小于6级淬透性 G B5216-85《保证淬透性结构钢技术条件》 根据用户要求,按A 、B 、C 三种方式订货 (1):①优质低碳素钢,如15、20号钢,经适当热处理可得到很高的齿面硬度,齿面承载能力高;但由于芯部机械性能较低,故弯曲强度不够。
它们常用于制造有冲击性的中小载荷齿轮。
②含碳量013%～015%的优质中碳钢,如35、40、45、50、55号钢,由于强度高、韧性和加工性好,广泛应用于齿轮制造,其中40和45号钢应用最为广泛。
③含锰量较高的优质碳素钢,如50Mn ,其弹性、强度、硬度均高,具有良好耐磨性,常用于制造大载荷齿轮。
④铬钢,如15Cr 、20Cr 、40Cr 等,其中的铬可提高钢的强度和硬度,具有良好的耐磨性,常用于制造齿轮。
⑤镍铬钢,如12CrNi3、20CrNi 、40CrNi 等,强度、硬度、耐磨性及韧性均高,常用于制造那些运动速度高、周期长、要求安全可靠性高的齿轮。
⑥铬锰钛钢、铬钼钢、铬锰钼钢,如20CrMn Ti 、20CrMo 、20CrMnMo 等,强度、硬度及耐磨性高,常用于制造采矿、冶金、化工、起重运输等设备的普通减速机小齿轮。
⑦硅锰钢,如35SiMn 、42SiMn 等,强度、硬度、耐磨性高,价廉,可作为40Cr 、40CrNi 等的替代材料,常用于制造机床齿轮。
⑧其他常用于制造齿轮的合金钢尚有:20SiMnVB 、35CrMnSi 、45CrNiMoV 、38CrMoAlA 等。
从经济性考虑,在齿轮设计制造时,一般应优先选用价廉、易得的优质碳素钢材,尽量少用或不用价昂、难得的合金钢材,如含铬的合金钢。
(2)铸钢:在齿轮的设计制造中,常采用含碳量约014%的碳钢或合金钢,如:ZG310-570、ZG340-640、ZG35SiMn 及ZG42SiMn 等。
铸钢的机械性能不及锻轧制钢材,但流动性较好,铸钢的强度虽与球墨铸铁相近,但其冲击韧性和疲劳强度均比球墨铸铁高得多。
因此,铸钢常用于制造对强度要求不很高,但形状复杂、直径较大的齿轮。
212 铸铁铸铁的机械性能不及钢材,但铸铁具有加工性好、抗胶合和抗点蚀能力好、耐磨性高、噪声・12・齿轮的材料及热处理低、成本低等优点。
铸铁常用于制作开式齿轮传动中的齿轮。
值得一提的是,通过向铁水中加入球化剂和孕育剂而制得的球墨铸铁,其机械性能比灰口铸铁大大提高,某些性能如抗拉强度、屈服强度等,接近铸钢,工艺性能好。
因此,在某些传动中,球墨铸铁可成功地代替铸钢或锻钢制造大齿轮。
用于制造齿轮的铸铁主要有:HT200、HT300、HT400和Q T50-5、Q T60-2等。
213 非铁金属制造齿轮的非铁金属主要有各种铜合金,如:HA1602121、ZHPb48232221、ZHMn582222、QSn615-011、QA15、ZQSn7-012等,它们的共同特点是强度高,具有良好的耐磨性、耐蚀性,在大多数情况下,用于制造蜗轮。
用于制造齿轮的非金属材料主要是塑料,如夹布胶木、木质塑料以及尼龙等。
塑料齿轮的振动和噪音小,但其承载能力低,可用于高速轻载和要求低噪音的场合。
3 齿轮的热处理311 正火处理将钢加热至A c3(铁-碳合金平衡图中奥氏体析出的开始线)或A cm (铁-碳合金平衡图中渗碳体从奥氏体中析出的开始线)以上30～50℃,保温一段时间后在空气中冷却,这种热处理操作叫正火。
正火处理可消除齿轮内部过大的应力,增加齿轮的韧性,改善材料的切削性能。
正火处理常用于含碳量013%～015%的优质碳钢或合金钢制造的齿轮。
正火齿轮的强度和硬度比淬火或调质齿轮要低,硬度一般为HB163～217。
因此,对于机械性能要求不很高或不适合采用淬火或调质的大直径齿轮,常采用正火处理。
312 调质处理将钢淬火后进行高温(500～650℃)回火,这种热处理操作称为调质处理。
调质处理常用于含碳量013%～015%的优质碳素钢或合金钢制造的齿轮。
调质处理可细化晶粒,并获得均匀的具有一定弥散度的和具有优良综合机械性能的细密球状珠光体类组织———回火索氏体。
一般经调质处理后,轮齿硬度可达HB220～285,对尺寸较小的齿轮,其硬度可再高些。
调质齿轮的综合性能比正火齿轮要高,其屈服极限和冲击韧性比正火处理的可高出40%左右,强度极限与断面收缩率也高出5%～6%(对于碳钢)。
调质齿轮在运行中易跑合、齿根强度裕量大、抗冲击能力强,在重型齿轮传动中占有相当大的比重。
为提高软齿面齿轮的抗胶合能力及考虑到小齿轮工作比大齿轮繁重,故常用调质的小齿轮与正火或调质的大齿轮相配,其硬度差常在20～50个HB 单位。
313 表面淬火表面淬火多用于中碳钢或中碳合金钢制齿轮,它是通过改变零件表层组织以获得硬度很高的马氏体,而保留芯部韧性和塑性。
齿轮经表面淬火后须进行低温回火,以便降低内应力和脆性,齿面硬度一般为HRC45～55。
表面淬火齿轮承载能力高,并能承受冲击载荷。
通常淬火齿轮的毛坯可先经正火或调质处理,以便使轮齿芯部有一定的强度和韧度。
314 渗碳淬火渗碳淬火是先将齿轮放入渗碳介质中,在900～950℃下加热、保温,使轮齿表面增碳,然后进行淬火,使表层得到马氏体。
渗碳淬火齿轮常用含碳量为0110%～0125%的合金钢或高合金钢制造。
渗碳淬火后,齿面硬度为HRC58～62,一般需进行磨齿或珩齿,以消除热处理后引起的变形。
这类齿轮具有很高的接触强度和弯曲强度,并能承受较大的冲击载荷。
各种载・22・矿 冶重车辆中的重要齿轮常进行渗碳淬火处理。
315 渗氮渗氮是向轮齿表面渗入氮原子形成氮化层。
渗氮可提高轮齿的表面硬度、耐磨性、疲劳强度及抗蚀能力。
渗氮处理温度低,故齿轮变形极小,无需磨削或只需精磨即可。
渗氮齿轮的材料主要有38CrMoAlA 、30CrMoSiA 、20CrMn Ti 等。
渗氮齿轮由于渗氮层薄(约为0115～0175mm ),硬化层有剥落的危险,故其承载能力一般不及渗碳齿轮高,不宜于承受冲击载荷或有强烈磨损的场合使用。
316 钢制齿轮的其他热处理方法钢制齿轮还可采用整体淬火或氰化(碳氮共渗)等方法进行处理。
整体淬火齿轮硬度较高,但变形大、韧性差、不耐冲击,故应用较少。
氰化齿轮具有硬度高、耐磨性好、变形小、生产率高等优点,适用于碳钢和合金钢。
但其硬化层较脆、不耐冲击,且氰有剧毒,须有安全设施。