齿轮类零件选材及热处理工艺分析

1 齿轮的作用

    齿轮的主要作用是传递扭矩、调节速度、改变运动方向。

2 工作条件

（1）一对相互啮合的齿轮，是通过齿面的接触、滑动传递动力，所以齿根受很大交变弯曲应力作用、齿面受较大接触应力并有强烈的摩擦和磨损。

（2）在换档、启动、啮合不良时，承受一定的冲击载荷。

3 失效形式

    常见的失效形式有轮齿折断、齿面磨损、齿面剥落、齿面点蚀、过载断裂等。

4 力学性能要求

（1）高的弯曲疲劳强度。

（2）齿面应具有高的接触疲劳强度、高的硬度和耐磨性。

（3）齿轮心部应具有良好的综合力学性能或较好的强韧性。

5 齿轮零件常用材料及热处理

（1）中碳钢和中碳合金钢。一般承载不大的低、中速传动齿轮，常选用40、45、40Cr、40MnB钢等，经调质处理或正火（要求不高时）达到性能要求（较好的综合力学性能）。经表面淬火、低温回火，表面硬度可达52～58HRC，具有较高的耐磨性。这类齿轮不能承受较大的冲击载荷。

（2）低碳钢和低碳合金钢。承受较大冲击载荷的重载高速齿轮一般选用20Cr、20CrMnTi、20MnVB、18Cr2Ni4WA钢等，个别要求不高的也可选用20钢。经渗碳、淬火、低温回火，可使齿面获得很高的硬度（58～62HRC）和耐磨性，心部具有较高的强度和韧性。

（3）对直径较大（φ＞400～600mm）、形状复杂的齿轮毛坯，难以锻造成形时，可采用铸钢，如ZG270-500、ZG310-570等。

（4）对一些轻载、低速、不受冲击、精度要求不高的不太重要的齿轮，可采用灰铸铁，如HT200、HT250、HT300等。灰铸铁多用于开式传动；在闭式传动中，可用球墨铸铁代替铸钢制造齿轮，如QT600-3、QT500-7等。

（5）对仪表中某些在腐蚀介质中工作的轻载齿轮，可采用黄铜、铝青铜、锡青铜、硅青铜等有色金属；对受力不大的仪器、仪表齿轮，在无润滑条件下:作的小齿轮，可采用尼龙、ABS、聚甲醛等工程塑料制造。

6 齿轮零件选材举例

（1）机床齿轮。右图是卧式车床主轴箱三联滑移齿轮，用于传递扭矩和调节速度。工作时，拨动主轴箱的外手柄使该齿轮在轴上滑移，利用与不同齿数的齿轮啮合，获得不同的转速。该齿轮承载不大，工作比较平稳，冲击不大，可选用中碳钢制造。由于该齿轮较厚，考虑到淬透性问题，选用40Cr钢较为合适。其工艺路线为：

    下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轮齿感应淬火+低温回火→精磨。

    正火是预先热处理，可消除锻造产生的残余应力，调整硬度便于机械加工，细化晶粒、改善组织；调质可使齿轮获得较高的w合力学性能，改善心部的强度和韧性，使齿轮能承受较大的交变弯曲应力和一定的冲击力；感应淬火可提高齿面的硬度、耐磨性和接触疲劳强度；低温回火可消除淬火应力、防止产生磨削裂纹、提高抗冲能力。

（2）汽车齿轮。右图是解放牌汽车的变速箱中的齿轮，其任务是将发动机的动力传递到后轮，承受重载和大的冲击力，工作条件比机床齿轮复杂，要求齿面具有高的硬度（60～62HRC）和耐磨性、齿心部具有高的强度和优良的韧性，考虑到渗碳工艺性的要求和淬透性的问题，可选用20CrMnTi钢。其工艺路线为：

    下料→锻造→正火→粗加工、半精加工→渗碳→淬火+低温回火→喷丸→校正花键孔→精磨齿。

渗碳是为了提高表层的x含量。淬火是为了使表层获得高碳马氏体和碳化物，具有高的硬度（58～62HRC）、耐磨性和疲劳强度；心部获得低碳马氏体，硬度可达到33～48HRC，具有高的强韧性。低温回火消除淬火应力、提高抗冲能力、防止产生磨削裂纹。喷丸可增大渗碳层的压应力，有利于提高疲劳强度。