齿轮常用材料及选择要点

各种铸铁、钢材、粉末冶金材料、非铁合金和非金属材料都可用来做齿轮，其中钢材是使用最广泛的材料。因为钢材强度与重量的比值大，价格便宜，如调质钢（45钢、中碳SiMn钢、SiMnMoV钢、40MnB、40Cr、35CrMo、42CrMo等，一般调质后进行高频或中频淬火）、渗碳钢、氮化钢（20钢、20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4A、38CrMoAlA和30CrMoSiA等）、铸钢（ZG310—570、ZG340—640、ZG42SiMn、ZG50SiMn、ZG35Cr、ZG35CrMnSi等）、铸铁（各种灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁等）等，在腐蚀环境下用不锈钢或镍基合金齿轮，而在高温条件下可用工具钢、高温合金齿轮。

齿轮选用钢材时，必须满足两个基本要求：①加工和热处理要求，其中包括钢的机械加工性能、锻造性能和热处理性能；②使用性能要求，包括疲劳强度、热处理规范和其他性能指标。具体使用材料见表1-12～表1-14，而各国常用齿轮材料对照见表1-15。

表1-12 调质及表面淬火齿轮用钢的选择

注：低速、重载大齿轮用钢的Ⅰ～Ⅴ类基本上按淬透性划分。

表1-13 渗碳齿轮用钢的选择

表1-14 渗氮齿轮用钢的选择(www.xing528.com)

表1-15 常用齿轮材料对照

（续）

①AMS航空材料系列为真空熔炼钢种。

渗碳钢是齿轮中使用很普遍的材料，渗碳钢的渗碳层深度和硬度及心部硬度均有一定要求，才能保证质量。对渗碳层深度要求，我国为0.2mn，而日本为0.15mn左右。渗碳层太薄容易产生表层剥落和压陷，太厚会增加齿顶部的脆性。碳含量过高，会降低齿轮的弯曲强度，一般渗碳层的碳含量取w（C）=0.8%～1.2%，在w（C）=0.8%～1.05%范围内更好。表层硬度一般为58～62HRC，心部硬度35～40HRC。过低时受载后心部过渡层容易产生塑性变形，致使渗碳层过载，出现深层剥落及点蚀。若心部硬度过高，则易发生脆性断齿。齿轮模数大时，宜选用较高的心部硬度。通常心部硬度为270～350HBW为宜，目前一般齿轮为35～40HRC。在重型机械、矿山等行业中，常采用软齿面锥齿轮，经正火处理硬度达220～300HBW，如今也有用渗碳淬火磨齿加工的，机床行业的锥齿轮常用中碳钢表面淬火，齿面硬度45HRC以上。