常用齿轮材料及热处理
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。
汽车齿轮常用材料热处理方法及性能分析
编号：本科毕业论文论文题目：汽车齿轮常用材料热处理方法及性能分析系（院）：电子科学与工程系******学号：**********专业：汽车服务工程年级：0701指导教师：***职称：副教授完成日期：2011-5摘要本文通过分析采用传统热处理工艺的汽车齿轮容易出现的失效形式，对选取齿轮材料提出合理要求。
通过对常用齿轮材料的讨论，性能较好的20CrMo、20CrNi2Mo 和17CrNiMo6三种渗碳钢成为首选。
针对传统的热处理工艺中部分不符合技术发展要求的过程进行改进，其中对预备热处理中正火与等温退火的比较，证明等温退火工艺是合理的预备热处理方案。
同时在参考日本等国的高温渗碳技术、渗碳新技术及催渗技术的基础上，重点讨论了真空渗碳的优缺点及应用实例。
最后，给出了作者认为比较好的热处理工艺路线。
关键词：渗碳齿轮；热处理工艺；性能分析格式请严格按照新上传的模板修订，表格格式要求做成三线表（表4.3和4.4已经调好，其他能做成三线表的请做成三线表，个别表格做不成的按原格式），其余修改见文中标记。
改完后全文多通读几遍，不要再留下一些低级错误。
AbstractThis paper through analyzing the car with traditional heat treatment technology of the failure forms of gear is easy to appear in the selection of gear materials, put forward reasonable requirement. Through the discussion to commonly used gear material, performance is good 20CrMo, 20CrNi2Mo and 17CrNiMo6 three carburizing steels become preferred. In traditional heat treatment process part does not meet the technical requirements for the development process, including heat to prepare improvement of zhongzheng fire and the isothermal annealing, it is demonstrated that the isothermal annealing process is reasonable prepare heat treatment plan. In reference to Japan and other countries of the high temperature carburizing technology, carburizing new technologies and urge permeability technology foundation, mainly discussed the advantages and disadvantages of the vacuum carburizing.Keywords:carburized gear；Heat treatment process；Performance analysis目录1汽车齿轮及其失效形式 ------------------------------------------------------------------------------------------- 11.1齿轮作用简述 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 11.2齿轮的主要失效形式的讨论 --------------------------------------------------------------------------- 11.3齿轮应满足的性能要求 ---------------------------------------------------------------------------------- 21.4齿轮材料选取 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 21.4.1齿轮类零件的选材 -------------------------------------------------------------------------------- 21.4.2汽车齿轮选材应满足的条件及需要考虑的因素 -------------------------------------- 3 2齿轮渗碳钢简介------------------------------------------------------------------------------------------------------ 42.1渗碳钢的分类 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 42.2合金渗碳钢淬透性的讨论------------------------------------------------------------------------------- 42.3合金渗碳钢应具有的性能及常用热处理工艺 -------------------------------------------------- 5 3国内汽车齿轮用钢现状 ------------------------------------------------------------------------------------------- 73.1通用齿轮用钢 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 73.2商用车齿轮用钢--------------------------------------------------------------------------------------------- 73.3对轮齿材料的讨论 ----------------------------------------------------------------------------------------- 83.3.1传统汽车用钢 --------------------------------------------------------------------------------------- 83.3.2优质齿轮用钢 --------------------------------------------------------------------------------------- 9 4汽车齿轮材料的热处理工艺分析--------------------------------------------------------------------------- 104.1传统的汽车齿轮热处理工艺 ------------------------------------------------------------------------- 104.2对预处理工艺的改进讨论----------------------------------------------------------------------------- 104.2.1预备热处理综述----------------------------------------------------------------------------------- 104.2.2对通用齿轮的改进讨论 ----------------------------------------------------------------------- 114.2.3重载齿轮改进讨论 ------------------------------------------------------------------------------ 124.3渗碳淬火工艺的改进------------------------------------------------------------------------------------- 154.3.1日本等国公司对传统渗碳工艺的改进--------------------------------------------------- 154.3.2部分新的渗碳技术简述 ------------------------------------------------------------------------ 164.3.3 BH催渗技术简介 --------------------------------------------------------------------------------- 174.3.4对真空渗碳工艺的讨论 ----------------------------------------------------------------------- 184.3.5真空高压气淬技术的发展-------------------------------------------------------------------- 21 5总结---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 221汽车齿轮及其失效形式1.1汽车齿轮作用简述汽车中的各种齿轮，主要用于传递动力和运动，并通过它们来改变发动机、曲轴和主轴齿轮的速比[1]。
常用齿轮材料的选择及其热处理工艺
第11卷第5期2006年10月 新 余 高 专 学 报JOURNAL OF X I N Y U C OLLEGE Vol .11,NO.5Oct .2006—105 —常用齿轮材料的选择及其热处理工艺●李玉平 (新余高等专科学校 工程系, 江西 新余 338000) 摘 要:齿轮是机械传动中应用最广泛的零件之一,它在工作中的受力情况比较复杂。
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。
就常用齿轮材料锻钢、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;锻钢;铸钢;铸铁;有色金属;非金属材料中图分类号:TG162.73 文献标识码:A 文章编号:1008-6765(2006)05-0105-02收稿日期:2006-08-28作者简介:李玉平(1965-),女,江西丰城人,副教授,主要从事机械制造的研究。
1前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”。
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。
齿轮对材料和热处理的要求
齿轮对材料和热处理的要求1、齿轮工作时的受力状况齿轮传动可做成开式、半开式和闭式三种。
开式齿轮传动：齿轮完全外露，易落入灰砂和杂物，不能保证良好的润滑，轮齿易磨损，多用于低速、不重要的场合。
（1）半开式齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，这样比开式传动润滑好些，但仍不能严密防止灰砂及杂物的侵入。
（2）闭式齿轮传动齿轮和轴承完全封闭在箱体内，能保证良好的润滑和较好的啮合精度，应用广泛。
齿轮是用于传递动力，改变运动速度或运动方向的零件。
两齿面在相对运动中既有滚动，又有滑动。
齿轮表面受到脉动接触应力和摩擦力的双重作用。
齿根部受到脉动弯曲应力的作用。
所以，齿面和齿根在上述不同应力作用下导致不同的失效形式。
齿轮所受应力主要有摩擦力、接触应力，弯曲应力和起动、变速换挡时的冲击力。
2、齿轮传动的功能要求（1）能传递两个平行轴、相交轴或交错轴间的回转运动和转矩。
（2）保证传动比恒定不变。
（3）能传递足够大的动力，工作可靠。
（4）保证较高的运动精度。
（5）能达到预定的工作寿命。
只要齿轮设计合理，制造质量高，达到规定的制造精度，就能达到预期的功能要求。
3、选材和热处理要求（1）保证齿轮有高的抗弯曲疲劳性能①足够的抗弯强度：齿轮用钢合金化体系的构成应当与各种齿轮心部的冷却速度相匹配；保证各种齿轮都能有理想的心部硬度。
①低的含氧量（脆性夹渣物）：疲劳裂纹源数量少。
①齿轮心部的塑韧性高，缺口敏感性低：疲劳裂纹扩张速度慢。
（2）保证齿轮有高的接触疲劳性能①齿轮热处理后渗层的非马氏体组织含量不高。
①齿轮用钢合金化体系的构成应当与各种齿轮渗层的冷却速度相匹配；保证各种齿轮热处理后渗层的残留奥氏体含量适中。
①齿轮热处理后渗层的马氏体组织细小。
①齿轮热处理后渗层的碳化物弥散分布或没有碳化物游离析出。
（3）保证齿轮的加工精度①齿轮的热处理变形波动幅度小：变形对钢的成分波动和齿轮热处理冷速的波动敏感度不高。
①齿轮热处理变形量小。
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。
汽车齿轮材料的选择及其热处理工艺
汽车齿轮材料的选择及其热处理工艺汽车齿轮是汽车传动系统中的重要组成部分，其质量直接影响汽车的性能和寿命。
因此，汽车齿轮材料的选择及其热处理工艺是汽车制造中的重要问题。
首先，汽车齿轮材料的选择应考虑以下几个方面：1.强度和硬度：汽车齿轮需要承受较大的载荷和磨损，因此需要具有较高的强度和硬度。
2.韧性：汽车齿轮在工作过程中需要承受冲击和振动，因此需要具有较好的韧性，以避免断裂和裂纹的产生。
3.耐磨性：汽车齿轮需要长时间工作，因此需要具有较好的耐磨性，以延长使用寿命。
4.加工性能：汽车齿轮需要经过精密加工，因此需要具有较好的加工性能，以保证加工精度和表面质量。
基于以上考虑，常用的汽车齿轮材料有以下几种：1.碳素钢：碳素钢具有较高的强度和硬度，但韧性较差，容易产生裂纹和断裂。
2.合金钢：合金钢具有较高的强度、硬度和韧性，但加工性能较差，需要采用先进的加工工艺。
3.铸铁：铸铁具有较好的耐磨性和韧性，但强度和硬度较低，适用于低速和中速齿轮。
4.不锈钢：不锈钢具有较好的耐腐蚀性和韧性，但强度和硬度较低，适用于低速和中速齿轮。
其次，汽车齿轮材料的热处理工艺也是影响其性能的重要因素。
常用的热处理工艺有以下几种：1.淬火：淬火可以提高齿轮的硬度和强度，但会降低韧性，容易产生裂纹和断裂。
2.回火：回火可以提高齿轮的韧性和耐磨性，但会降低硬度和强度。
3.正火：正火可以提高齿轮的强度和硬度，同时保持一定的韧性和耐磨性。
4.表面强化：表面强化可以提高齿轮的耐磨性和疲劳寿命，常用的方法有渗碳、氮化和喷涂等。
综上所述，汽车齿轮材料的选择及其热处理工艺是汽车制造中的重要问题，需要综合考虑材料的强度、硬度、韧性、耐磨性和加工性能等因素，选择合适的材料和热处理工艺，以保证汽车齿轮的性能和寿命。
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。
齿轮用什么材料
齿轮用什么材料齿轮是一种常见的机械传动元件，广泛应用于工业生产、交通运输等领域。
齿轮材料的选择对于齿轮的使用寿命、传动效率等有着重要的影响。
以下是几种常见的齿轮材料及其特点。
1. 碳钢材料：碳钢是最常见的齿轮材料之一，具有较高的强度和硬度，价格相对较低。
碳钢可以通过热处理达到适当的硬度，提高其抗磨损性能。
然而，碳钢具有较低的耐腐蚀性能，在潮湿或腐蚀性环境中容易生锈。
2. 铝合金材料：铝合金齿轮具有较轻的重量和良好的热导性能，在某些场景下可以提高传动效率。
此外，铝合金具有良好的抗腐蚀性能和可靠的耐久性。
然而，相对于其他金属材料，铝合金的强度和硬度较低，容易发生变形和磨损，在高负荷和高温环境下使用效果较差。
3. 不锈钢材料：不锈钢是一种具有良好耐腐蚀性的合金材料，常用于要求较高耐腐蚀性能的齿轮制造。
不锈钢具有较高的强度和硬度，可以通过热处理进一步提高其机械性能。
不过，不锈钢的密度较大，重量较重，因此在一些要求轻量化的场景中不太适用。
4. 铸铁材料：铸铁是一种常用的齿轮材料，具有较高的强度和硬度，且价格相对低廉。
铸铁齿轮可以通过热处理进一步提高其硬度和耐磨性。
此外，铸铁具有良好的耐热性和耐磨损性，适用于高温和高负荷环境。
然而，铸铁齿轮具有较高的密度和重量，对设备的传动效率和动力消耗有一定影响。
5. 铜合金材料：铜合金齿轮具有良好的导热性和耐磨性，并且在高速和高负荷环境下具有较好的抗冲击性能。
另外，铜合金具有较高的强度和硬度，适用于各种工作条件。
但是，铜合金齿轮的制造成本较高，且易受腐蚀。
总的来说，齿轮的材料选择应考虑传动力、传动效率、耐磨性、耐腐蚀性、重量、成本等因素。
在实际应用中，不同的场景和要求会导致不同的材料选择。
因此，根据具体的使用情况选择合适的齿轮材料非常重要。
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。
常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢
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。
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常用齿轮材料及热处理 Prepared on 24 November 2020
常用齿轮材料及热处理：
为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据工作条件和材料的特点来选取。
对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。
常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。
一般多采用锻件或轧制钢材。
当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。
开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。
低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。
高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。
受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。
对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。
钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种：
1．表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr钢等。
表面淬火后，齿面硬度一般为40～55HRC。
特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高，耐磨性好。
由于齿心部末淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。
2．渗碳淬火常用于低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr钢等。
渗碳淬火后齿面硬度可达56～62HRC，而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的执弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。
齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。
3．渗氮渗氮是一种表面化学热处理。
渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700～900HV。
由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铬、铜、铅等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAlA。
4．调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn钢等。
调质处理后齿面硬度一般为220～280HBS。
因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。
5．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采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。
一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。
为了减小胶合的可能性，并使配对的大小齿轮寿命相当，通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度高出30-
50HBS。
对于高速、重载或重要的齿轮传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。