要(yao)實現(xian)齒(chi)輪產品(pin)的(de)(de)性(xing)能，一(yi)方面需要(yao)一(yi)個好的(de)(de)設(she)計，另一(yi)個很重要(yao)的(de)(de)方面就是齒(chi)輪材料的(de)(de)選(xuan)擇和質量控制(zhi)。本文討論(lun)這個問題。

齒輪材料的基本要求：

為(wei)保(bao)證(zheng)齒(chi)輪工(gong)(gong)作(zuo)的(de)可靠性，提高齒(chi)輪的(de)使(shi)用壽命，應(ying)根據工(gong)(gong)作(zuo)條件(jian)和(he)材料(liao)特(te)性選擇齒(chi)輪的(de)材料(liao)和(he)熱(re)處理(li)。齒(chi)面應(ying)具(ju)有(you)足(zu)夠的(de)硬度和(he)耐磨性，齒(chi)心應(ying)有(you)足(zu)夠的(de)韌(ren)性，以防止齒(chi)面發(fa)生各種失效。同時應(ying)具(ju)有(you)良好的(de)冷(leng)熱(re)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝，以滿(man)足(zu)齒(chi)輪的(de)各種技術要求。

常(chang)用的齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)材料(liao)(liao)有(you)各種牌號的優質碳素結(jie)(jie)構(gou)(gou)鋼(gang)(gang)、合金結(jie)(jie)構(gou)(gou)鋼(gang)(gang)、鑄鋼(gang)(gang)、鑄鐵和非金屬(shu)材料(liao)(liao)。一般(ban)使用鍛件或(huo)軋(ya)鋼(gang)(gang)。當齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)結(jie)(jie)構(gou)(gou)尺寸較大、輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)坯不易(yi)鍛造時(shi)，可(ke)采(cai)(cai)用鑄鋼(gang)(gang)。開(kai)式低速傳動可(ke)采(cai)(cai)用灰鑄鐵或(huo)球墨鑄鐵。低速重載(zai)(zai)齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)齒(chi)(chi)(chi)(chi)面容易(yi)發生塑性(xing)變形，齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)齒(chi)(chi)(chi)(chi)也(ye)(ye)容易(yi)折(zhe)斷(duan)。宜選(xuan)用綜合性(xing)能(neng)較好的鋼(gang)(gang)材。高速齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)齒(chi)(chi)(chi)(chi)面容易(yi)產生點蝕，應采(cai)(cai)用硬(ying)度(du)高的材料(liao)(liao)。承受(shou)沖擊載(zai)(zai)荷的齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)應采(cai)(cai)用韌性(xing)好的材料(liao)(liao)。對于高速、輕載(zai)(zai)、低噪聲(sheng)的齒(chi)(chi)(chi)(chi)輪(lun)(lun)(lun)(lun)(lun)傳動，也(ye)(ye)可(ke)采(cai)(cai)用布匹膠(jiao)木(mu)、尼龍等非金屬(shu)材料(liao)(liao)。

鋼制齒輪的熱處理方法

主要有以下(xia)幾個方(fang)面：

1.表面(mian)(mian)淬(cui)火：常用于中碳(tan)鋼(gang)和中碳(tan)合(he)金(jin)鋼(gang)，如45、40Cr鋼(gang)等，表面(mian)(mian)淬(cui)火后(hou)，齒面(mian)(mian)硬度一般為40～55HRC。其(qi)特點是抗(kang)疲勞點蝕(shi)，抗(kang)膠(jiao)合(he)能(neng)力強(qiang)，耐(nai)磨性(xing)好。由于齒芯未硬化，齒輪仍有足夠的韌性(xing)承受較小的沖(chong)擊載荷。

2.滲碳(tan)淬火：常(chang)(chang)用(yong)于低(di)碳(tan)鋼和低(di)碳(tan)合金(jin)鋼，如20、20Cr鋼等，滲碳(tan)淬火后，齒(chi)面硬度可達56～62HRC，齒(chi)心仍保持較(jiao)高的韌性。齒(chi)的彎曲強(qiang)度和齒(chi)面接觸(chu)強(qiang)度高，耐(nai)磨性好。通常(chang)(chang)用(yong)于沖擊載(zai)荷。齒(chi)輪傳動(dong)。齒(chi)輪滲碳(tan)淬火后，輪齒(chi)變形較(jiao)大(da)，應(ying)進行磨削。

3.滲(shen)氮(dan)(dan)：滲(shen)氮(dan)(dan)是一種表面化學熱處(chu)理。滲(shen)氮(dan)(dan)后無需其他熱處(chu)理，齒(chi)(chi)面硬度可達700-900HV。由于滲(shen)氮(dan)(dan)后齒(chi)(chi)輪硬度高、工(gong)藝溫度低、變形小，適用于內齒(chi)(chi)輪和難(nan)以磨削(xue)的齒(chi)(chi)輪。常用于含(han)鉻(ge)、銅、鉛等合金元(yuan)素(su)的鋼(gang)滲(shen)氮(dan)(dan)，如38CrMoAlA。

4.回(hui)火(huo)：回(hui)火(huo)一般用于(yu)中(zhong)碳鋼(gang)和中(zhong)碳合(he)金鋼(gang)，如45、40Cr、35SiMn鋼(gang)等，調質后(hou)齒(chi)面硬(ying)度一般為220～280HBS。由于(yu)輪齒(chi)硬(ying)度較低，可在熱處(chu)理后(hou)進行精(jing)加(jia)工(gong)。

5.正(zheng)(zheng)火(huo)：正(zheng)(zheng)火(huo)可(ke)以(yi)消除內應力(li)，細(xi)化晶粒，提(ti)高(gao)機械性能和(he)切削性能。機械強度低(di)的齒輪(lun)可(ke)采用中碳鋼(gang)正(zheng)(zheng)火(huo)，大直徑(jing)齒輪(lun)可(ke)采用鑄鋼(gang)正(zheng)(zheng)火(huo)。

一般規(gui)定的(de)傳(chuan)動(dong)(dong)齒(chi)(chi)輪(lun)可選用(yong)軟(ruan)齒(chi)(chi)面(mian)傳(chuan)動(dong)(dong)齒(chi)(chi)輪(lun)。以便減少膠合板的(de)概率，并使(shi)匹配的(de)尺(chi)寸傳(chuan)動(dong)(dong)齒(chi)(chi)輪(lun)使(shi)用(yong)壽命非常，一般 使(shi)傳(chuan)動(dong)(dong)齒(chi)(chi)輪(lun)軸頸強度(du)(du)比傳(chuan)動(dong)(dong)輪(lun)軸頸強度(du)(du)高于(yu)30-50HBS。對于(yu)高速、重載(zai)或重要的(de)齒(chi)(chi)輪(lun)傳(chuan)動(dong)(dong)，可采(cai)用(yong)硬(ying)齒(chi)(chi)面(mian)齒(chi)(chi)輪(lun)組合，齒(chi)(chi)面(mian)硬(ying)度(du)(du)可大致(zhi)相(xiang)同。

從(cong)齒輪設計(ji)的角度(du)看，對材料(liao)和(he)熱處理(li)的要(yao)求：材料(liao)要(yao)求成分(fen)體系合理(li)，基(ji)本為細晶(jing)粒(li)鋼，具有適當的淬(cui)透性和(he)高(gao)純度(du)。其中(zhong)熱處理(li)要(yao)求主要(yao)包(bao)括(kuo)表面硬度(du)、芯部硬度(du)、殘(can)余應力、組(zu)織（非(fei)馬氏體、殘(can)余奧(ao)氏體、晶(jing)粒(li)尺寸(cun)）。確保其符(fu)合GB3480.5《正(zheng)齒輪和(he)斜齒輪承載能力計(ji)算第5部分(fen)：材料(liao)強(qiang)度(du)和(he)質量(liang)》中(zhong)ME級標準的要(yao)求。

齒輪材料相關研究重點：

為了獲得更好的齒(chi)輪成品(pin)，齒(chi)輪鋼應注(zhu)意以下(xia)幾點：

1、嚴格(ge)控(kong)制(zhi)(zhi)材料中的(de)夾雜(za)(za)物(wu)。大尺(chi)寸夾雜(za)(za)物(wu)的(de)危(wei)害尤(you)為嚴重(zhong)，表(biao)層、亞表(biao)層和齒(chi)根的(de)危(wei)害尤(you)為嚴重(zhong)。一般認(ren)為氧化(hua)物(wu)夾雜(za)(za)的(de)危(wei)害性高于硫化(hua)物(wu)夾雜(za)(za)。嚴格(ge)控(kong)制(zhi)(zhi)夾雜(za)(za)物(wu)，可采取以下措施：對每(mei)一澆注時間的(de)實際(ji)首(shou)末(mo)分(fen)(fen)別進(jin)行標識、單獨管理、單獨取樣檢(jian)測；增加取樣量(liang)和取樣面積，從檢(jian)測方面進(jin)行控(kong)制(zhi)(zhi)；技術標準中明確了發紋要求，加強對宏觀非金(jin)屬夾雜(za)(za)物(wu)的(de)檢(jian)測；提高檢(jian)測水(shui)平要求，部分(fen)(fen)鋼種(zhong)要求浸水(shui)檢(jian)測。

2、嚴(yan)格控制(zhi)材料(liao)的(de)(de)淬透性(xing)。材料(liao)的(de)(de)淬透性(xing)直接影(ying)響熱(re)處(chu)理后(hou)鋼的(de)(de)硬度(du)（力學術(shu)性(xing)能(neng)），進而影(ying)響零(ling)件(jian)的(de)(de)壽(shou)命，零(ling)件(jian)的(de)(de)熱(re)處(chu)理變形(xing)，即零(ling)件(jian)的(de)(de)尺寸精(jing)度(du)，進而影(ying)響零(ling)件(jian)的(de)(de)壽(shou)命。采用兩臺不(bu)同淬透性(xing)材料(liao)零(ling)件(jian)的(de)(de)熔爐，在(zai)相同的(de)(de)加工和熱(re)處(chu)理條(tiao)件(jian)下，對(dui)熱(re)處(chu)理后(hou)的(de)(de)零(ling)件(jian)進行累積比較，發現(xian)材料(liao)淬透性(xing)對(dui)零(ling)件(jian)熱(re)處(chu)理后(hou)的(de)(de)尺寸有顯著(zhu)影(ying)響。我們可以采取的(de)(de)措(cuo)施是(shi)：細化標準，對(dui)同一種材料(liao)制(zhi)定不(bu)同的(de)(de)淬透性(xing)版(ban)本(ben)，與(yu)設計部(bu)門溝通，明(ming)確(que)不(bu)同淬透性(xing)版(ban)本(ben)材料(liao)的(de)(de)使用范圍。目前，世界一流的(de)(de)齒輪制(zhi)造企(qi)業一般按(an)照4HRC控制(zhi)材料(liao)的(de)(de)淬透性(xing)帶寬(kuan)。對(dui)于專用齒輪，帶寬(kuan)甚至應控制(zhi)在(zai)HRC2以內。

3、開發非(fei)調(diao)質鋼(gang)(gang)系列在齒輪上(shang)的(de)應用。非(fei)調(diao)質鋼(gang)(gang)不需要調(diao)質，就可以獲得(de)調(diao)質后能(neng)達到機械性能(neng)的(de)碳鋼(gang)(gang)或合金結構(gou)鋼(gang)(gang)，避(bi)免了調(diao)質時硬化層深(shen)度(du)較(jiao)淺的(de)問題。減(jian)(jian)少空調(diao)過程，提高(gao)效率，節(jie)能(neng)減(jian)(jian)排。相關廠家研制的(de)用于滲(shen)氮的(de)非(fei)調(diao)質鋼(gang)(gang)強度(du)與42CrMoH相當，滲(shen)氮速度(du)快，比(bi)42CrMoH高(gao)30%；滲(shen)氮后表面硬度(du)高(gao)于42CrMoH。

4、精確控(kong)(kong)制(zhi)相(xiang)關(guan)熱處理(li)參(can)(can)數。隨著離子(zi)(zi)滲(shen)(shen)氮(dan)、真空滲(shen)(shen)氮(dan)和(he)(he)(he)現(xian)代計算機(ji)控(kong)(kong)制(zhi)技術(shu)在(zai)熱處理(li)工(gong)藝中(zhong)的(de)應用，使(shi)滲(shen)(shen)氮(dan)層成分的(de)控(kong)(kong)制(zhi)變得容易。德國Cl?ckner-離子(zi)(zi)公司(si)(si)在(zai)離子(zi)(zi)滲(shen)(shen)氮(dan)氣體(ti)(ti)滲(shen)(shen)氮(dan)方面(mian)有(you)著突出(chu)的(de)成就，加拿(na)大NITREX金(jin)屬(shu)公司(si)(si)和(he)(he)(he)德國IVA公司(si)(si)已經形(xing)成了(le)一個共同的(de)公司(si)(si)商業(ye)軟硬件(jian)系統(tong)(tong)。由于真空滲(shen)(shen)氮(dan)可以活(huo)化和(he)(he)(he)清(qing)潔金(jin)屬(shu)表(biao)面(mian)，在(zai)加熱、保溫和(he)(he)(he)冷(leng)卻的(de)整個過程中(zhong)排出(chu)不純凈的(de)微(wei)量(liang)氣體(ti)(ti)，并(bing)將含有(you)活(huo)性(xing)物質的(de)純復合氣體(ti)(ti)送入，從而控(kong)(kong)制(zhi)和(he)(he)(he)調整表(biao)層結(jie)構(gou)。我國離子(zi)(zi)滲(shen)(shen)氮(dan)和(he)(he)(he)計算機(ji)滲(shen)(shen)氮(dan)技術(shu)在(zai)國際上是先(xian)進的(de)。新開(kai)發的(de)計算機(ji)控(kong)(kong)制(zhi)滲(shen)(shen)氮(dan)工(gong)藝徹(che)底改變了(le)傳統(tong)(tong)的(de)以氨分解速率控(kong)(kong)制(zhi)參(can)(can)數的(de)模式，直(zhi)接(jie)控(kong)(kong)制(zhi)氮(dan)勢，并(bing)提供了(le)形(xing)成白亮層的(de)閾(yu)值(zhi)曲線。鄭州機(ji)械研究院深度滲(shen)(shen)氮(dan)單相(xiang)控(kong)(kong)制(zhi)技術(shu)已獲專利。

齒(chi)輪材料發展(zhan)方向：

對于(yu)材料本身，我(wo)們(men)的齒輪(lun)材料應滿足(zu)以下條件：材料純度(du)(du)高，非金(jin)屬(shu)夾雜(za)(za)物含量減少，尺寸(cun)減小，間距增大，S鋼和含S化(hua)合(he)物的細小夾雜(za)(za)，O含量≤10ppm，H≤1ppm；淬透性區窄(zhai)，帶(dai)寬控制在4HRC，同爐波動≤2HRC；采(cai)用微合(he)金(jin)化(hua)技術，采(cai)用低晶(jing)間氧化(hua)物鋼，提高強度(du)(du)和韌(ren)性。

熱處理工(gong)藝的(de)發(fa)展方向主要(yao)是：真空熱處理技術(shu)(shu)的(de)推(tui)廣和(he)應(ying)用(yong)(yong)；采用(yong)(yong)強(qiang)化拋(pao)丸技術(shu)(shu)，以表(biao)面殘余壓應(ying)力為評價指標；應(ying)用(yong)(yong)強(qiang)穿透和(he)滲(shen)透技術(shu)(shu)，大大降低能(neng)耗提(ti)高生產力。

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