齿轮材料与热处理技术优化方案

由齿轮的失效形式可知，对齿轮材料的基本要求是：齿面要硬，齿心要韧。另外，齿轮材料还应有良好的加工和热处理工艺性及经济性。

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。一般多采用锻造或轧制钢材。当齿轮较大（如直径大于400～600mm），而轮坯不易锻造时，可采用铸铁；开式低速传动齿轮可采用灰铸铁。仪表齿轮常用的材料是塑料及铜合金。表7－3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五种：

1.表面淬火

一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45号钢、40Cr等。表面淬火后轮齿变形不大，可不磨齿，齿面硬度可达HRC52～56。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

渗碳钢为含碳量为0.15%～0.25%的低碳钢和低碳合金钢，如20号钢、20Cr等。渗碳淬火后齿面硬度可达HRC56～62，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。通常渗碳淬火后要磨齿。

3.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HRC60～62。因氮化处理温度低，齿的变形小，故适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。常用的渗氮钢为38CrMoAlA。(www.xing528.com)

4.调质

调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45号钢、40Cr、35SiMn等。调质处理后齿面硬度一般为HBS220－260。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。

5.常化

常化能消除内应力，细化晶粒，改善机械性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢常化处理。大直径的齿轮可用铸钢常化处理。

以上五种热处理中，调质和常化两种热处理后的齿面硬度为软齿面（HBS≤350），其他三种均为硬齿面（HBS＞350）。

表7－3　常用齿轮材料及其机械特征

注：40Cr钢可用40MnB或40MnVB钢代替，20Cr、20CrMnTi钢可用20Mn2B或20MnVB钢代替。