齒輪材料及工藝知識丨鄭礦小課堂

齒輪材料及其熱處理是影響齒輪承載能力和使用壽命的關(guān)鍵因素，也是影響齒輪生產(chǎn)質(zhì)量和成本的主要環(huán)節(jié)。選擇齒輪材料及其熱處理時， 要綜合考慮輪齒的工作條件 (如載荷性質(zhì)和大小 、工作環(huán)境等 )、 加工工藝 、 材料來源及經(jīng)濟(jì)性等因素，以使齒輪在滿足性能要求的同時，生產(chǎn)成本也最低 。

1.0 齒輪材料的選擇原則

齒輪是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動零件，合理的選擇和使用齒輪材料及其最要。總體上講，應(yīng)主要滿足齒輪材料所需的機(jī)械性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性三個方面：

1.1 滿足齒輪的機(jī)械性能

材料的機(jī)械性能包括硬度、強(qiáng)度、塑性及韌性，反應(yīng)材料在生產(chǎn)使用中所表現(xiàn)出來的特性。齒輪在嚙合傳動時在齒面接觸處有接觸應(yīng)力，齒根部有最大彎曲應(yīng)力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強(qiáng)度失效。齒面間的滑動會產(chǎn)生磨損。齒輪主要的失效形式包括點蝕、膠合、塑性變形和輪齒折斷等。因此要求齒輪材料要有較高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，齒芯要有足夠的強(qiáng)度和韌性。

1.2 滿足齒輪材料的工藝性能

材料的工藝性能主要指材料適應(yīng)各種加工工藝的能力。齒輪制造過程包括鍛造(鑄造)、切削和熱處理等幾道工序，因此選材時要對材料的工藝性有充分了解。比如碳鋼的鍛造、切削工藝性較好，但強(qiáng)度和淬透性較差。而合金鋼淬透性較好、強(qiáng)度高，但鍛造、切削性能較差。我們可以通過熱處理工藝來改善材料性能來滿足齒輪對材質(zhì)的要求。

1.3 滿足齒輪材料的經(jīng)濟(jì)性要求

所謂經(jīng)濟(jì)性簡單來說就是用最小的消耗取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。在滿足使用性能的前提下，選用最低成本的齒輪材料。我們可以幾方面考慮：

1.3.1首先從材料本身的價格考慮。碳鋼和鑄鐵的價格相對低廉，因此在滿足零件機(jī)械性能的情況下優(yōu)先選用碳鋼和鑄鐵。

1.3.2 從金屬資源和供應(yīng)情況來看，應(yīng)盡可能地減少進(jìn)口材料及昂貴金屬的使用。

1.3.3 從齒輪生產(chǎn)過程的耗費來考慮，可采用合理經(jīng)濟(jì)的熱處理工藝來降低成本。

2.0 主要齒輪材料及熱處理

齒輪用材料主要有鋼 (碳鋼和合金鋼)、鑄鐵 、銅合金 。

齒輪用鋼主要有調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、氮化鋼。

2.1 調(diào)質(zhì)鋼

調(diào)質(zhì)鋼通過調(diào)質(zhì)或正火后可廣泛用于對強(qiáng)度和精度要求不太高的一般中低速齒輪傳動以熱處理和齒面精加工比較困難的大型齒輪。而調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)過高頻淬火后主要用于要求承載能力高、體積小的齒輪。調(diào)質(zhì)鋼主要有45、40Cr、42SiMn、45MnB、40Mn、35CrMo、40CrMnMo等中高碳鋼

2.2 滲碳鋼

滲碳鋼經(jīng)滲碳淬火后被廣泛用于要求承載能力高、耐沖擊性能好、精度高、體積小的中型以下齒輪。適用于滲碳處理的鋼材包括20Cr、20CrMnMo、20CrMo、12Cr2Ni4等低碳合金鋼。

2.3 氮化鋼

經(jīng)過氮化處理后適用于較大較平穩(wěn)的載荷下工作的齒輪以及沒有齒面精加工設(shè)備而又需要硬齒面的情況下的齒輪。適用于滲氮處理的鋼材有20Cr、4Cr、20CrMnTi、35CrMo、40CrMo等。

2.4 鑄鋼和鑄鐵

鑄鋼熱處理為正火或調(diào)質(zhì)，以及高頻淬火。主要用于不能鍛造的大型齒輪。而鑄鐵齒輪主要為一些慢速、輕載無沖擊的工況。球磨鑄鐵齒輪也可承受較大載荷和沖擊。

2.5 銅合金

銅合金齒輪廣泛用于輕工業(yè)，精密儀器，儀表等行業(yè)。