齿轮常用材料和热处理

1.齿轮材料对齿轮材料的基本要求为：1.齿面要有足够的硬度，以使得齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合、抗塑性变形的能力；2.齿芯材料要有较高的机械性能，高强度极限、疲劳极限和足够的韧性，以使得轮齿具有足够的抗弯曲疲劳折断的能力；3.价格合理、购买方便，具有良好的加工和热处理工艺性。齿轮材料中最常用的是各种钢材，其次是铸铁，还有一些非金属材料。齿轮的毛坯由锻造、铸造或焊接而成，也可以直接用棒料加工。(1)钢钢材的韧性好，耐冲击，还可以通过热处理或化学处理改善材料的机械性能及提高齿面的硬度。常用的钢材有锻钢和铸钢两类。除尺寸过大或形状复杂只宜铸造者外，一般都用锻钢制造齿轮，常用的是含碳量0.15~0.6%的碳钢或合金钢。铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及常化处理，必要时也可进行调质。铸钢常用于尺寸较大的齿轮。(2)铸铁灰铸铁价廉、易切削，其中石墨能起润滑作用，能吸收噪音，但抗弯强度低，冲击韧性差。适用于形状复杂、尺寸较大，同时工作平稳、速度较低、功率不大的的场合，尤其适用于开式齿轮传动。球墨铸铁的力学性能和抗冲击性能远高于灰铸铁，可替代某些调质钢的大齿轮。(3)非金属材料对高速、轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪音，常采用夹布胶木、塑料、尼龙等非金属材料。非金属材料齿轮的优点是质量小、减振性好、噪音低、具有相应的抗腐蚀性；缺点是导热性差、易变形等。为了有利于散热，与其配对啮合的齿轮仍多用钢或铸铁制造。2.齿轮热处理钢制齿轮可以通过不同的热处理方法获得不同的表面硬度，工业中以350HB为界将齿轮传动分为软齿面（布氏硬度≤350HB）和硬齿面（布氏硬度≥350HB）。(1)软齿面软齿面齿轮常用的热处理方法为调质和正火。齿轮的材料一般选用中碳钢和中碳合金钢以及中碳铸钢和中碳合金铸钢。调质齿轮的强度、韧性和齿面硬度均高于正火齿轮，对于不宜调质、尺寸较大或不太重要的齿轮一般采用正火。软齿面齿轮适宜于对强度、速度和精度要求不高的齿轮传动。通常是齿轮毛坯经过热处理后进行切齿，切制后即为成品。精度一般为8级，精切时可达7级。软齿面齿轮制造简便、经济、生产率高。(2)硬齿面硬齿面齿轮采用表面硬化处理方法，常用方法包括：表面淬火：常用材料为中碳钢和中碳合金钢。表面硬度可达48HRC~54HRC。心部韧性高，能用于承受中等冲击载荷。中、小尺寸齿轮可采用中频或高频感应加热，大尺寸可采用火焰加热。感应加热使轮齿变形较小，对精度要求不很高的齿轮传动无须进行磨齿。火焰加热变形大，齿面不易获得均匀的硬度，质量不易保证。渗碳淬火：常用材料为韧性较好的低碳钢和低碳合金钢。表面硬度可达58HRC~63HRC。用于承受较大冲击载荷的齿轮。氮化：常用材料有40CrMo,38CrMoAl等。渗氮后齿轮硬度高，耐磨性好，变形小，处理后无需磨齿。但因氮化层较薄，其承载能力不及渗碳齿轮高，冲击载荷下易破碎，故宜用于载荷平稳、润滑良好的传动。碳氮共渗：适宜处理各种中碳钢和中碳合金钢。表面硬度可达表面硬度可达62HRC~67HRC。齿轮变形小，抗接触疲劳和抗胶合的性能优于渗碳淬火。表面激光硬化：将激光束扫射齿面，使齿面组织细硬，硬度可达HV950以上。特点是处理后轮齿的变形极小，便于处理大尺寸齿轮。适宜于各类中碳钢和中碳合金钢。硬齿面齿轮表面硬度高，所以承载能力较大，结构紧凑。加工多采用先切齿，再作表面硬化处理，最后进行精加工。精度要求较高的齿轮均需进行磨齿，精度可达4级。这类齿轮承载力高，加工精度高，但制造要求高，价格较贵。在齿轮工作过程中，小齿轮的轮齿接触次数比大齿轮多，为了使大小齿轮寿命接近，通常取小齿轮的硬度值比大齿轮的高20~40HB。传动比越大，硬度差也应越大。对于硬齿面齿轮，硬度差不宜过大。实践表明，硬度差也有利于提高抗胶合能力