齿轮硬度要求.docx

1、齿轮硬度要求二、典型零部件选材及工艺分析金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料是目前的主要工程材料。高分子材料的强度、刚度较低、易老化，一般不能用于制作承受载荷较大的机械零件。但其减振性好，耐磨性较好，适于制作受力小、减振、耐磨、密封零件，如轻载齿轮、轮胎等。陶瓷材料硬而脆，一般也不能用于制作重要的受力零部件。但其具有高熔点、高硬度、耐蚀性好、红硬性高等特点，可用于制作高温下工作的零部件、耐磨耐蚀零部件及切削刀具等。复合材料克服了高分子材料和陶瓷材料的不足，具有高比强度、高减振性、高抗疲劳能力、高耐磨性等优异性能，是一种很有发展前途的工程材料。与以上三类工程材料相比，金属材料具有优良的使用性

2、能和工艺性能，储藏量大，生产成本比较低、广泛用于制作各种重要的机械零件和工程构件，是机械工业中最主要、应用最广泛的一类工程结构材料。下面介绍几种钢制零部件的选材及热处理工艺分析。 齿轮类零件的选材齿轮是机械工业中应用广泛的重要零件之一，主要用于传递动力、调节速度或方向。1、齿轮的工作条件、主要失效形式及对性能的要求。 齿轮的工作条件：啮合齿表面承受较大的既有滚动又有滑动的强烈磨擦和接触疲劳压应力。传递动力时，轮齿类似于悬臂梁，轮齿根部承受较大的弯曲疲劳应力。换挡、启动、制动或啮合不均匀时，承受冲击载荷。 齿轮的主要失效形式：断齿：除因过载（主要是冲击载荷过大）产生断齿外，大多数情况下的断齿，是

3、由于传递动力时，在齿根部产生的弯曲疲劳应力造成的。齿面磨损：由于齿面接触区的磨擦，使齿厚变小、齿隙加大。接触疲劳；在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，遂渐剥落，形成麻点。 对齿轮材料的性能要求：高的弯曲疲劳强度；高的耐磨性和接触疲劳强度；轮齿心部要有足够的强度和韧性。2、典型齿轮的选材 机床齿轮 机床齿轮的选材是依其工作条件（园周速度、载荷性质与大小、精度要求等）而定的。表13-3列出了机床齿轮的选材及热处理。表13-3 机床齿轮的选材及热处理序号齿轮工作条件钢种热处理工艺硬度要求1在低载荷下工作，要求耐磨性好的齿轮159009500C渗碳，直接淬火，或7808000C水冷，1802000C

4、回火5863HRC2低速（0.1m/s）、低载荷下工作的不重要的变速箱齿轮和挂轮架齿轮458408600C正火156217HB3低速（0.1m/s）、低载荷下工作的齿轮（如车床溜板上的齿轮）458208400C水冷，5005500C回火200250HB4中速、中载荷或大载荷下工作齿轮（如车床变速箱中的次要齿轮）45高频加热，水冷，3003400C回火4550HRC5速度较大或中等荷下工作的齿轮，齿部硬度要求较高（如钻床变速箱中的次要齿轮）45高频加热，水冷，2402300C回火5055HRC6高速、中等载荷，要求齿面硬度高的齿轮（如磨床砂轮箱齿轮）45高频加热，水冷，1802000C回火546

5、0HRC7速度不大，中等载荷，断面较大的齿轮（如铣床工作面变速箱齿轮、立车齿轮） 40Cr42SiMn45MnB8408600C油冷，6006500C回火200230HB8中等速度（24m/s）、中等载荷下工作的高速机床走刀箱、变速箱齿轮40Cr42SiMn调质后高频加热，乳化液冷却，2603000C回火5055HRC9高速、高载荷、齿部要求高硬度的齿轮40Cr42 SiMn调质后高频加热，乳化液冷却，1802000C回火， 5460HRC10高速、中载荷、受冲击、模数6的齿轮（如立车上的重要齿轮） 20SiMnVB20CrMnTi9009500C渗碳，降温至8208500C淬火，180200

6、0C回火5863HRC12高速、重载荷、形状复杂，要求热处理变形小的齿轮38CrMoAl38CrAl正火或调质后5105500C氮化850HV以上13在不高载荷下工作的大型齿轮50Mn265Mn8208400C空冷241HB14传动精度高，要求具有一定耐磨性的大齿轮35CrMo8508700C空冷，6006500C回火（热处理后精切齿形）255302HB机床传动齿轮工作时受力不大，工作较平稳，没有强烈冲击，对强度和韧性的要求都不太高，一般用中碳钢（例如45钢）经正火或调质后，再经高频感应加热表面淬火强化，提高耐磨性，表面硬度可达5258HRC。对于性能要求较高的齿轮，可选用中碳合金钢（例如40

7、Cr等）。其工艺路线为：备料锻造正火粗机械加工调质精机械加工高频淬火+低温回火装配。正火工序作为预备热处理，可改善组织，消除锻造应力，调整硬度便于机械加工，并为后续的调质工序做好组织准备。正火后硬度一般为180207HB，其切削加工性能好。经调质处理后可获得较高的综合力学性能，提高齿轮心部的强度和韧性，以承受较大的弯曲应力和冲击载荷。调质后的硬度为3348HRC。高频淬火+低温回火可提高齿轮表面的硬度和耐磨性，提高齿轮表面接触疲劳强度。高频加热表面淬火加热速度快，淬火后脱碳倾向和淬火变形小，同时齿面硬度比普通淬火高约2HRC，表面形成压应力层，从而提高齿轮的疲劳强度。齿轮使用状态下的显微组织为

8、：表面是回火马氏体+残余奥氏体，心部是回火索氏体。 汽车、拖拉机齿轮汽车、拖拉机齿轮的选材及热处理详见表13-4。表13-4 汽车、拖拉机齿轮常用钢种及热处理序号齿轮类型常用钢种热处理主要工序技术条件1汽车变速箱和分动箱齿轮20CrMnTi20CrMo等渗碳层深：mn3时，0.6-1.0mm； 3 mn 5时，1.1-1.5mm齿面硬度：58-64HRC心部硬度：mn5时, 32-45HRC；mn 5时，29-45HRC40Cr（浅层）碳氮共渗层深：0.2mm表面硬度：51-61HRC2汽车驱动桥主动及从动圆柱齿轮20CrMnTi 20CrMo渗碳渗层深度按图纸要求，硬要求同序号1中渗碳工序层

9、深：ms5时 , 0.9-1.3mm；5 ms 8时，1.2-1.6mm齿面硬度：58-64HRC心部硬度：ms8时，32-45HRC；ms 8时，29-45HRC汽车驱动桥主动及从动圆锥齿轮20CrMnTi20CrMnMo渗碳3汽车驱动桥差速器行星及半轴齿轮20CrMnTi20CrMo20CrMnMo渗碳同序号1渗碳的技术条件4汽车发动机凸轮轴齿轮灰口铸铁HT180HT200170-229HB5汽车曲轴正时齿轮35、40、4540Cr正火149-179HB调质207-241HB6汽车起动机齿轮15Cr20Cr20CrMo15CrMnM,20CrMnTi渗碳层深：0.7-1.1mm表面硬度：5

10、8-63HRC心部硬度：33-43HRC7汽车里程表齿轮20（浅层）碳氮共渗层深：0.2-0.35mm8拖拉机传动齿轮，动力传动装置中的圆柱齿轮，圆锥齿轮及轴齿轮20Cr20CrMo,20CrMnMo20CrMnTi,30CrMnTi渗碳层深：模数的0.18倍，但2.1mm各种齿轮渗层深度的上下限0.5mm,硬度要求序号1、240Cr,40Cr（浅层）碳氮共渗同序号1中碳氮共渗的技术条件9拖拉机曲轴正时齿轮，凸轮轴齿轮，喷油泵驱动齿轮45正火156-217HB调质217-255HB灰口铸铁HT180170-229HB10汽车拖拉机油泵齿轮40，45调质28-35HRC mn法向模数； ms端面

11、模数与机床齿轮比较，汽车、拖拉机齿轮工作时受力较大，受冲击频繁，因而对性能的要求较高。这类齿轮通常使用合金渗碳钢（例如：20CrMnTi、20MnVB）制造。其工艺路线为：备料锻造正火机械加工渗碳淬火+低温回大喷丸磨削装配。正火处理的作用与机床齿轮相同。经渗碳、淬火+低温回火后，齿面硬度可达5862HRC，心部硬度为3545HRC。齿轮的耐冲击能力、弯曲疲劳强度和接触疲劳强度均相应提高。喷丸处理能使齿面硬度提高约23HRC，并提高齿面的压应力，进一步提高接触疲劳强度。齿轮在使用状态下的显微组织为：表面是回火马氏体+残余奥氏体+碳化物颗粒，心部淬透时是低碳回火马氏体（+铁素体），未淬透时，是索氏

12、体+铁素体。 轴类零部件的选材 轴是机械工业中最基础的零部件之一，主要用以支承传动零部件并传递运动和动力。1、轴的工作条件，主要失效形式及对性能的要求。 轴的工作条件：传递扭矩，承受交变扭转载荷作用。同时也往往承受交变弯曲载荷或拉、压载荷的作用。轴颈承受较大的磨擦。承受一定的过载或冲击载荷。 轴的主要失效形式：疲劳断裂 由于受交变的扭转载荷和弯曲疲劳载荷的长期作用，造成轴的疲劳断裂，这是最主要的失效形式。断裂失效 由于受过载或冲击载荷的作用，造成轴折断或扭断。磨损失效 轴颈或花键处的过度磨损使形状、尺寸发生变化。 对轴用材料的性能要求：高的疲劳强度，以防止疲劳断裂。良好的综合力学性能，以防止冲

13、击或过载断裂。良好的耐磨性，以防止轴颈磨损。2、典型轴的选材对轴类零部件进行选材时，应根据工作条件和技术要求来决定。承受中等载荷，转速又不高的轴，大多选用中碳钢（例如45钢），进行调质或正火处理。对于要求高一些的轴，可选用合金调质钢（例如40Cr）并进行调质处理。对要求耐磨的轴颈和锥孔部位，在调质处理后需进行表面淬火。当轴承受重载荷、高转速、大冲击时，应选用合金渗碳钢（例如20CrMnTi）进行渗碳淬火处理。 机床主轴图13-8为C620车床主轴简图。该主轴承受交变扭转和弯曲载荷。但载荷和转速不高， 冲击载荷也不大。轴颈和锥孔处有磨擦。按以上分析，C620车床主轴可选用45钢，经调质处理后，硬

14、度为220250HB，轴颈和锥孔需进行表面淬火，硬度为4654HRC。其工艺路图13-8 C620车床主轴简图线为：备料锻造正火粗机械加工调质精机械加工表面淬火+低温回火磨削装配。正火可改善组织、消除锻造缺陷，调整硬度便于机械加工，并为调质做好组织准备。调质可获得回火索氏体，具有较高的综合力学性能，提高疲劳强度和抗冲击能力。表面淬火+低温回火可获得高硬度和高耐磨性。表13-5给出了机床主轴的选材和热处理。表13-5 根据工作条件推荐选用的机床主轴材料及其热处理工艺序号工作条件选用钢号热处理工艺硬度要求应用举例1在滚动轴承内运转低速、轻或中等载荷精度要求不高稍有冲击载何45调质：8208400C

15、淬火，5505800C回火220250HB一般简易机床主轴2在滚动轴承内运转转速稍高、轻或中载荷精度要求不太高冲击、交变载荷不大45整体淬硬：8208400水淬，3504000回火4045HRC龙门铣床、立式铣床、小型立式车床的主轴正火或调质后局部淬火正火：8408600空冷调质：8208400水淬，5505800C回火局部淬火：8208400水淬，2402800回火229HB220250HB4651HRC3在滚动或滑动轴承内低速、轻或中载荷精度要求不很高有一定的冲击、交变载荷45正火或调质后轴颈部分表面淬火正火：8408600空冷调质：8208400水淬,5505800C回火轴颈表面淬火：8

16、609000高频淬火（水淬），1602500C回火229HB220250HB 4657HRC（表面）CW61100、CB3463、CA6140、C61200等重型车床主轴4在滚动轴承内运转中等载荷、转速略高精度要求较高交变、冲击载荷较小40r40MnB40MnVB整体淬硬：8305800C油淬，3604000C回火4045HRC滚齿机、铣齿机、组合机床的主轴调质后局部淬硬调质：8408600C油淬，6006500C回火局部淬硬：8308500C油淬，2803200C回火220250HB4651HRC5在滑动轴承内运转中或重载荷、转速略高精度要求较高有较高的交变、冲击载荷40Cr40MnB40M

17、nVB调质后轴颈表面淬火调质：8408600C油淬，5406200C回火轴颈淬火：8608800C高频淬火，乳化液冷，1602800C回火220280HB4655HRC铣床、C6132车床主轴，M7475B磨床砂轮主轴6在滚动或滑动轴承内运转轻、中载荷，转速较低50Mn2正火：820840空冷S241HB重型机床主轴7在滑动轴承内运转中等或重载荷要求轴颈部分有更高的耐磨性精度很高有较高的交变应力，冲击载荷较小65Mn调质后轴颈和方头处局部淬火调质：7908200C油淬，5806200C回火轴颈淬火8208400C高频淬火,2002200C回火头部淬火：7908200C油淬，2603000C回火

18、250280HB5661HRC5055HRCM1450磨床主轴8工作条件同上，但表面硬度要求更高GCr159Mn2V调质后轴颈和方头处局部淬火调质：8408600C油淬，6506800C回火局部淬火：8408600C油淬,1602000C回火250280HB50HRCMQ1420MB1432A磨床砂轮主轴9动轴承内运转等载荷、转速很高精度要求不很高有很高的交变、冲击载荷38CrMoAlA调质后渗氮调质：9309500C油淬，6306500C回火渗氮：5105600C渗氮260HB850HV（表面）M1G1432高精度磨床砂轮主轴、T4240A坐标镗床主轴、C215056多轴自动车床中心轴、T6

19、8镗杆10在滑动轴承内运转中等载荷、转速很高精度要求不很高冲击载何不大，但交变应力较高20Cr20Mn2B20MnVB20CrMnTi渗碳淬火9109400C渗碳7908200C淬火（油）1602000C回火表面 59HRCY236刨齿机、Y58插齿机主轴，外圆磨床头架主轴和内圆磨床主轴11在滑动轴承内运转重载荷，转速很高高的冲击载荷很高的交交应力20CrMnTi12CrNi3渗碳淬火910-9400C渗碳320-3400C油淬160-2000C回火表面 59HRCY7163齿轮磨床，、CG1107车床、SG8030精密车床主轴资料来源：合金刚手册下册第三分册，治金工业出版,1979年版。 汽

20、轮机主轴汽轮机主轴尺寸大、工作负荷大，承受弯曲、扭转载荷及离心力和温度的联合作用。汽轮机主轴的主要失效方式是蠕变变形和由白点、夹杂、焊接裂纹等缺陷引起的低应力脆断、疲劳断裂或应力腐蚀开裂。因此对汽轮机主轴材料除要求其在性能上具有高的强度和足够的塑韧性外，还要求其锻件中不出现较大的夹杂、白点、焊接裂纹等缺陷。对于在500以上工作的主轴还要求其材料具有一定的高温强度。根据汽轮机的功率和主轴工作温度的不同，所选用的材料也不同。对于工作在450以下的材料，可不必考虑高温强度，如果汽轮机功率较小（12000kW），且主轴尺寸较大，则须选用35CrMo钢，以提高淬透性。对于工作在500以上的主轴，由于汽轮

21、机功率大（125000kW），要求高温强度高，需选用珠光体耐热钢，通常高中压主轴选用25CrMoVA或27Cr2MoVA钢，低压主轴选用15CrMo或17CrMoV钢。对于工作温度更高，要求更高高温强度的主轴，可选用珠光体耐热钢20Cr3MoWV（540）或铁基耐热合金Cr14Ni26MoTi（650）、Cr14Ni35MoWTiAl（680）制造。气轮机主轴的工艺路线为：备料锻造第一次正火去氢处理第二次正火高温回火机械加工成品。第一次正火可消除锻造内应力；去氢处理的目的是使氢从锻件中扩散出去，防止产生白点；第二次正火是为了细化组织，提高高温强度；高温回火是为了消除正火产生的内应力，使合金元素

22、分布更趋合理（V、Ti充分进入碳化物，Mo充分溶入铁素体），从而进一步提高高温强度。 内燃机曲轴曲轴是内燃机的脊梁骨，工作时受交变的扭转、弯曲载荷以及振动和冲击力的作用。按内燃机的转速不同可选用不同的材料。通常低速内燃机曲轴选用正火态的45钢或球黑铸铁；中速的内燃机曲轴选用调质态的45钢、调质态的中碳合金钢（例如40Cr）或球墨铸铁。高速内燃机曲轴选用强度级别再高一些的合金钢（例如42CrMo等）。内燃机曲轴的工艺路线为：备料锻造正火粗机械加工调质精机械加工轴颈表面淬火+低温回火磨削装配。各热处理工序的作用与机床主轴的相同。近年来常采用球墨铸铁代替45钢制作曲轴，其工艺路线为：备料熔炼铸造正火

23、高温回火机械加工轴颈表面淬火+低温回火装配。铸造质量是球墨铸铁的关键，首先要保证铸铁的球化良好、无铸造缺陷，然后再经风冷正火，以增加组织中的珠光体含量并细化珠光体，提高其强度，硬度和耐磨性，高温回火的目的是消除正火所造成的内应力。 汽轮机叶片的选材叶片是汽轮机的关键部件，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用。1、叶片的工作条件、失效方式及性能要求 叶片的工作条件：受蒸汽或燃气弯矩的作用；承受中、高压过热蒸汽的冲刷或湿蒸汽的电化学腐蚀或高温燃气的氧化和腐蚀；受湿蒸汽中的水滴或燃气中的杂质磨损；气流作用的频率与叶片自振频率相等时产生的共振力的作用。 叶片的失效方式：叶片的失效方式为蠕变变

24、形、断裂（包括振动疲劳断裂、应力腐蚀开裂、蠕变疲劳断裂及热疲劳开裂）和表面损伤（包括氧化、电化学腐蚀和磨损）。 对叶片的性能要求：高的室温和高温强度、塑性及韧性，以防止蠕变变形和疲劳断裂；高的化学稳定性，以防止氧化、腐蚀及应力腐蚀开裂；导热性好，热膨胀系数小，以防止热疲劳破坏；耐磨性好，以防止冲刷磨损和机械磨损；减振性好，以防止共振疲劳破坏；良好的冷、热加工性能，以利于叶片成型、提高生产效率。2、叶片的选材及热处理叶片材料的选择主要取决于工作温度。对于中、低压汽轮机，叶片工作温度不高（500），其失效的主要方式不是蠕变，而是共振疲劳和应力腐蚀开裂，因此，除在结构设计上避免共振外，应选用减振性能

25、好的1Cr13和2Cr13马氏体不锈钢。对于工作于过热蒸汽中的前级叶片，虽温度较高（450475），但腐蚀不明显，可采用低合金钢20CrMo进行氮化、镀硬铬或堆焊硬质合金。汽轮机后级叶片的工艺路线为：备料模锻退火机械加工调质热整形去应力退火机械加工叶片根镀硬铬抛光磁粉探伤成品。退火是为了消除锻造应力，细化组织，改善切削加工性能，为调质作组织准备；调质是为了使叶片获得良好的综合力学性能和高温强度；热整形可提高叶片精度，校正热处理变形；去应力退火是为了消除热整形内应力；镀硬铬是为了提高抗氧化和耐蚀性。对于高压汽轮机，叶片工作温度高于500，蠕变破坏是其失效的主要方式，1Cr13钢已不能满足热强性要

26、求，应选用奥氏体耐热钢1Cr18Ni9Ti。工作温度低于600的高压汽轮机叶片也可选用马氏体耐热钢5Cr11MoV、15Cr12WMoV、15Cr12WMoVNbB、18Cr12WMoVNb。对于燃气轮机叶片，因工作温度更高，其主要失效方式为蠕变和热疲劳破坏。当叶片工作温度低于650时，可选用奥氏体耐热钢1Cr17Ni13W、1Cr14Ni18W2NbBRE。在700750时，选用Cr14Ni40MoWTiAl或铁基高温合金。高于750，可选用镍基耐热合金Ni80Cr20或镍基高温合金。近年来，镍基高温合金的精密铸造、精密模锻、爆炸成形等新工艺已应用于燃气轮机叶片，TaC及NbC纤维增强镍基合

27、金复合材料、SiC及Si3N4等新型陶瓷材料应用于燃气轮机叶片的研究也正在进行中。1：根据减速机齿面硬度的大小，通常人们将齿轮传动分为两类，包括硬齿面齿轮传动和软齿面齿轮传动。 2：根据减速机齿面硬度的大小，通常人们将齿轮传动分为两类，包括硬齿面齿轮传动和软齿面齿轮传动。 3:通常一对啮合齿轮的齿面硬度均大于350HBS，称为硬齿面齿轮，否则被称为软齿面齿轮。 选择那种齿轮传动要根据设计要求，两种齿轮传动各有利弊，但有于硬齿面传动载荷大，使用寿命长，备广泛的应用。 硬齿面齿轮采用的材料及热处理方法很多，例如常用的几种：40Cr.45#.45Mn2钢，可以采用最终热处理，高频回火或者氮化处理。

28、例如：20Cr.20CrMnTi.20CrMnVB.20CrNiH等可以采用渗碳淬火，如38CrMnAl则可以用氮化工艺达到较高的硬度，一些特殊的材料要用特殊的热处理方法:范围本标准规定了圆柱齿轮减速器的通用技术条件。本标准适用于低速级中心距1000mm的单级、两级和三级圆柱齿轮减速器（以下简称减速器），也适用于低速级转架半径R300mm的单级、两级和三级行星齿轮减速器（以下简称减速器）。2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB1911990 包装储运图示标志GB/T11841996 形状和位置公差 未注公差值GB/T34801988 圆柱齿轮承载能力计算GB/T48791985 防锈包装GB/T64041986 齿轮装置噪声声功率级测定方法GB/T100951988 渐开线圆柱齿轮精度GB/T113681989 齿轮传动装置清洁度GB/T133061991 标牌GB/T133841992 机电产品包装通用技术条件JB/T5000.41998 重型机械通用技术条件铸铁件JB/T5000.81998 重型机械