齒輪材料及工藝知識(shí)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(shí)， 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(lái)源及經(jīng)濟(jì)性等因素，以使齒輪在滿足性能要求的同時(shí)，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(dòng)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(gè)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(lái)的特性。齒輪在嚙合傳動(dòng)時(shí)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(dòng)會(huì)產(chǎn)生磨損。齒輪主要的失效形式包括點(diǎn)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(guò)程包括鍛造(鑄造)、切削和熱處理等幾道工序，因此選材時(shí)要對(duì)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(guò)熱處理工藝來(lái)改善材料性能來(lái)滿足齒輪對(duì)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)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(jià)格考慮。碳鋼和鑄鐵的價(jià)格相對(duì)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(lái)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(guò)程的耗費(fèi)來(lái)考慮，可采用合理經(jīng)濟(jì)的熱處理工藝來(lái)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(guò)調(diào)質(zhì)或正火后可廣泛用于對(duì)強(qiáng)度和精度要求不太高的一般中低速齒輪傳動(dòng)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(guò)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(guò)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(méi)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(wú)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)。