要實現齒輪產品的性能，一方面需要一個好的設計，另一個很重要的方面就是齒輪材料的選擇和質量控制。本文討論這個問題。

齒輪材料的基本要求：

為保證齒輪工作的可靠性，提高齒輪的使用壽命，應根據工作條件和材料特性選擇齒輪的材料和熱處理。齒面應具有足夠的硬度和耐磨性，齒心應有足夠的韌性，以防止齒面發生各種失效。同時應具有良好的冷熱加工工藝，以滿足齒輪的各種技術要求。

常用的齒輪材料有各種牌號的優質碳素結構鋼、合金結構鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料。一般使用鍛件或軋鋼。當齒輪結構尺寸較大、輪坯不易鍛造時，可采用鑄鋼。開式低速傳動可采用灰鑄鐵或球墨鑄鐵。低速重載齒輪齒面容易發生塑性變形，齒輪齒也容易折斷。宜選用綜合性能較好的鋼材。高速齒輪齒面容易產生點蝕，應采用硬度高的材料。承受沖擊載荷的齒輪應采用韌性好的材料。對于高速、輕載、低噪聲的齒輪傳動，也可采用布匹膠木、尼龍等非金屬材料。

鋼制齒輪的熱處理方法

主要有以下幾個方面：

1.表面淬火：常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr鋼等，表面淬火后，齒面硬度一般為40～55HRC。其特點是抗疲勞點蝕，抗膠合能力強，耐磨性好。由于齒芯未硬化，齒輪仍有足夠的韌性承受較小的沖擊載荷。

2.滲碳淬火：常用于低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr鋼等，滲碳淬火后，齒面硬度可達56～62HRC，齒心仍保持較高的韌性。齒的彎曲強度和齒面接觸強度高，耐磨性好。通常用于沖擊載荷。齒輪傳動。齒輪滲碳淬火后，輪齒變形較大，應進行磨削。

3.滲氮：滲氮是一種表面化學熱處理。滲氮后無需其他熱處理，齒面硬度可達700-900HV。由于滲氮后齒輪硬度高、工藝溫度低、變形小，適用于內齒輪和難以磨削的齒輪。常用于含鉻、銅、鉛等合金元素的鋼滲氮，如38CrMoAlA。

4.回火：回火一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr、35SiMn鋼等，調質后齒面硬度一般為220～280HBS。由于輪齒硬度較低，可在熱處理后進行精加工。

5.正火：正火可以消除內應力，細化晶粒，提高機械性能和切削性能。機械強度低的齒輪可采用中碳鋼正火，大直徑齒輪可采用鑄鋼正火。

一般規定的傳動齒輪可選用軟齒面傳動齒輪。以便減少膠合板的概率，并使匹配的尺寸傳動齒輪使用壽命非常，一般 使傳動齒輪軸頸強度比傳動輪軸頸強度高于30-50HBS。對于高速、重載或重要的齒輪傳動，可采用硬齒面齒輪組合，齒面硬度可大致相同。

從齒輪設計的角度看，對材料和熱處理的要求：材料要求成分體系合理，基本為細晶粒鋼，具有適當的淬透性和高純度。其中熱處理要求主要包括表面硬度、芯部硬度、殘余應力、組織（非馬氏體、殘余奧氏體、晶粒尺寸）。確保其符合GB3480.5《正齒輪和斜齒輪承載能力計算第5部分：材料強度和質量》中ME級標準的要求。

齒輪材料相關研究重點：

為了獲得更好的齒輪成品，齒輪鋼應注意以下幾點：

1、嚴格控制材料中的夾雜物。大尺寸夾雜物的危害尤為嚴重，表層、亞表層和齒根的危害尤為嚴重。一般認為氧化物夾雜的危害性高于硫化物夾雜。嚴格控制夾雜物，可采取以下措施：對每一澆注時間的實際首末分別進行標識、單獨管理、單獨取樣檢測；增加取樣量和取樣面積，從檢測方面進行控制；技術標準中明確了發紋要求，加強對宏觀非金屬夾雜物的檢測；提高檢測水平要求，部分鋼種要求浸水檢測。

2、嚴格控制材料的淬透性。材料的淬透性直接影響熱處理后鋼的硬度（力學術性能），進而影響零件的壽命，零件的熱處理變形，即零件的尺寸精度，進而影響零件的壽命。采用兩臺不同淬透性材料零件的熔爐，在相同的加工和熱處理條件下，對熱處理后的零件進行累積比較，發現材料淬透性對零件熱處理后的尺寸有顯著影響。我們可以采取的措施是：細化標準，對同一種材料制定不同的淬透性版本，與設計部門溝通，明確不同淬透性版本材料的使用范圍。目前，世界一流的齒輪制造企業一般按照4HRC控制材料的淬透性帶寬。對于專用齒輪，帶寬甚至應控制在HRC2以內。

3、開發非調質鋼系列在齒輪上的應用。非調質鋼不需要調質，就可以獲得調質后能達到機械性能的碳鋼或合金結構鋼，避免了調質時硬化層深度較淺的問題。減少空調過程，提高效率，節能減排。相關廠家研制的用于滲氮的非調質鋼強度與42CrMoH相當，滲氮速度快，比42CrMoH高30%；滲氮后表面硬度高于42CrMoH。

4、精確控制相關熱處理參數。隨著離子滲氮、真空滲氮和現代計算機控制技術在熱處理工藝中的應用，使滲氮層成分的控制變得容易。德國Cl?ckner-離子公司在離子滲氮氣體滲氮方面有著突出的成就，加拿大NITREX金屬公司和德國IVA公司已經形成了一個共同的公司商業軟硬件系統。由于真空滲氮可以活化和清潔金屬表面，在加熱、保溫和冷卻的整個過程中排出不純凈的微量氣體，并將含有活性物質的純復合氣體送入，從而控制和調整表層結構。我國離子滲氮和計算機滲氮技術在國際上是先進的。新開發的計算機控制滲氮工藝徹底改變了傳統的以氨分解速率控制參數的模式，直接控制氮勢，并提供了形成白亮層的閾值曲線。鄭州機械研究院深度滲氮單相控制技術已獲專利。

齒輪材料發展方向：

對于材料本身，我們的齒輪材料應滿足以下條件：材料純度高，非金屬夾雜物含量減少，尺寸減小，間距增大，S鋼和含S化合物的細小夾雜，O含量≤10ppm，H≤1ppm；淬透性區窄，帶寬控制在4HRC，同爐波動≤2HRC；采用微合金化技術，采用低晶間氧化物鋼，提高強度和韌性。

熱處理工藝的發展方向主要是：真空熱處理技術的推廣和應用；采用強化拋丸技術，以表面殘余壓應力為評價指標；應用強穿透和滲透技術，大大降低能耗提高生產力。

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