常用齿轮材料及热处理

齿轮常用材料及热处理

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。常用的齿轮材料及其力学性能列于下表。

钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种：

●表面淬火

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；由于齿心部分未淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。

●渗碳淬火

渗碳淬火常用于低碳钢和低碳含金钢，如 20、 20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达56～62HRC，而齿轮心部仍保持较高的韧性，轮齿的抗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，应进行磨削加工。

●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，常用于含铅、钼、铝等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAl等。

●调质

调质一般用于中碳钢和中碳合金钥，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。

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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 ME MLMQ ME

1 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HB

4 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 精选文档

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非表面硬化调质钢（铸件）

序号 项目 ML、MQ ME

1 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

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齿轮材料与热处理指南

（节译）

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齿轮材料与热处理指南

Gear Materials and Heat Treatment Manual

1 适用范围

本指南是为了提供齿轮材料、它们的热处理和相关于齿轮的制造、使用的其他考虑的基本信息与补充信息的推荐来源而编写的。相关于齿轮传动装置额定值（允许的Sac和Sat数据）的冶金学方面的问题没有包括，但这些包括在美国齿轮制造商协会（AGMA）的额定标准中。

2 引用文件和资料 （略）

3 定义（略）

4 材料选择指导原则

有许多因素影响齿轮材料的选择，每个因素的相对重要性是可以变化的。这些因素包括：

（1） 机械性能

（2） 材料级别和热处理

（3） 材料洁净度

（4） 尺寸稳定性

（5） 实用性和成本

（6） 可淬硬性和尺寸效应

（7） 可切削性和其他加工特性

4.1 机械性能

在材料选择之前，齿轮设计人员必需知道齿轮的应用和设

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计载荷，并计算应力大小。

4.1.1 硬度. 强度特性与材料的硬度密切相关，在AGMA的齿轮额定值确定实践中要用到它。表面硬度是齿轮耐磨性的重要考虑，芯部硬度是弯曲和冲击强度的重要考虑。

4.1.2 疲劳强度. 接触和弯曲疲劳强度用来预测在给定的应力等级（水平）下，点蚀与断裂破坏出现前，齿轮传动装置能耐受的预期的循环次数。接触和弯曲疲劳强度受到许多因素的影响，例如：硬度、微观组织、材料洁净度、表面状况和残余应力等。

4.1.3 拉伸强度. 拉伸强度用来预测应力等级（水平），超过拉伸强度则破裂发生。在齿轮加工规范中不推荐采用它。

4.1.4 屈服强度. 屈服强度用来确定应力等级（水平），超过它则永久变形产生。

4.1.5 韧性. 材料韧性用冲击强度试验、拉伸延展性试验和/或破裂韧性试验来测定。虽然它没有直接地被考虑在齿轮额定之中，但它对于齿轮在高冲击或低温下或两者都有的情况下的应用是很重要的。钢制齿轮传动装置的韧性，受到下列因素的相反影响：

常用材料及零件热处理

1. 普通热处理方法特点和应用

名称 操作 特点 应用

完全退火（焖火） 将工件加热到Ac3（相变温度）以上30-50℃，并在此温度保温，缓冷 加热得到均一奥氏体组织后，再缓冷转变为珠光体型的组织 主要用于亚共析 组织的各种碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构

去应力退火（焖火） 将工件以缓慢的速度加热至500-650℃，经适当保温，随炉缓冷至300-200℃以下出炉 由于退火温度＜A1，因此钢在去应力退火过程中并无组织变化，内应力主要是保温后缓冷过程中消除的 用于消除铸件、锻件、焊接件、热轧件、冷拉件以及切削、冷冲压过程中所产生的内应力

对于严格要求减少变形的重要零件在淬火后常增加去应力退火

正火 将工件加热到Ac3或Acm（相变温度）以上30-50℃，保温一定时间，然后以稍大于退火的速度冷却，如空冷、风冷、喷雾等。得到片层间距较小的珠光体组织。 与退火相比，正火后的组织虽然同样是珠光体，但组织细弥散度大，因此有较高的 机械性能。 正火的目的与退火相似

1. 用于含碳量低于0.25％低碳钢，利于切削加工；

2. 对某些大型重型钢件以及形状复杂、截面有急剧变化的钢件应用正火处理来代替淬火处理，以免发生严重变形或开裂；

3. 含碳量在0.25-0.5％的中碳钢，可用正火代替退火。

淬火 将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却。 淬火是为了获得高硬度的马氏体组织，但有时对某些高合金钢，如不锈钢、耐磨钢淬火时，则是为了获得单一均应的奥氏体组织，以分别提高其耐蚀性和耐磨性。 淬火的目的：

1. 提高硬度和耐磨性；

2. 淬火加中或高温回火以获得良好的综合力学性能；

回火 将淬火后的工件重新加热到Ac1以下某一温度，保温一段时间，然后取出以一定方式冷却。 钢淬火后的组织是马氏体和部分残余奥氏体，处于亚稳定状态，回火是使其趋于稳定状态的处理。随着回火温度升高，硬度、强度下降，朔性、韧性提高。 目的：