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干货!齿轮材料及其热处理的选择

时间:2022-02-09 15:49:42 作者:九华热处理 点击:

干货!齿轮材料及其热处理的选择

选择齿轮材料及其热处理时,主要是根据齿轮的传动方式、载荷性质与大小、传动速度和精度要求等工作条件,同时还要考虑,依据齿轮模数和截面尺寸提出的钢材淬透性及齿面硬化要求、齿轮副的材料及硬度值的匹配等问题。


齿轮所用的材料各种各样,如各种铸铁、钢、粉末冶金材料、非铁合金(如铜合金)及非金属材料都可用来制作齿轮,其中钢是使用最广泛的材料,包括各种低碳钢、中碳钢、高碳钢和合金钢等。


对钢铁材料齿轮进行适当热处理(如正火与退火、整体淬火回火、调质、渗碳、渗氮、表面淬火等),其目的是为了能够提高钢铁的使用性能,充分发挥材料的能力,同时也能够改善钢材的切削性能,提高齿轮加工质量,延长齿轮的使用寿命。


齿轮用各类钢铁材料和热处理的特点及适用条件如下:

一、调质钢

钢号:45、35SiMn、42SiMn、37SiMn2MoV、40MnB、45MnB、40Cr、45Cr、35CrMo、42CrMo等.


工艺1.调质或正火

1)经调质后具有较好的强度和韧性,常在220~300HBW的范围内使用。

2)当受刀具的限制而不能提高调质小齿轮的硬度时,为保持大小齿轮之间的硬度差,可使用正火处理的大齿轮,但强度较调质者差。

3)齿面的精切齿可在热处理后进行,以消除热处理畸变,保持齿轮精度。

4)不需要专门的热处理设备和齿面精加工设备,制造成本低。

5)齿面硬度较低,易于跑合,但是不能充分发挥材料的承载能力。


适用条件:广泛用于对强度和精度要求不太高的一般中低速齿轮,以及热处理和齿面精加工比较困难的大型齿轮。


工艺2.表面淬火(感应淬火、火焰淬火)

1)齿面硬度高,具有较强的抗点蚀和耐磨损性能;心部具有较好的韧性,表面经硬化后产生残余应力,大大提高了齿根强度;通常的齿面硬度范围为:合金钢45~55HRC,碳素钢40~50HRC。

2)为进一步提高心部强度,往往在表面淬火前先进行调质处理。

3)感应淬火时间短。

4)表面硬化层深度和硬度沿齿面不等。

5)因急速加热和冷却,容易淬裂。


适用条件广泛用于要求承载能力高、体积小的齿轮。


二、渗碳钢

钢号:20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、20CrMo、22CrMo、20CrNiMo、18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4A等。


工艺:渗碳淬火

1)齿面硬度很高,具有很强的抗点蚀和耐磨损性能;心部具有很好的韧性,表面经硬化后产生的残余应力,大大提高了齿根强度;一般齿面硬度范围为56~63HRC。

2)切削性能较好。

3)热处理畸变较大,热处理后应磨齿,增加了加工时间和成本,但是可以获得高的精度。


适用条件广泛用于要求承载能力高、耐冲击性能好、精度高、体积小的中型以下齿轮。


三、渗氮钢

钢号:38CrMoAlA、30CrMoSiA、25Cr2MoV等。


工艺:渗氮处理

1)可获得很高的齿面硬度,具有较强的抗点蚀和耐磨损性能;心部具有较好的韧性,为提高心部强度,对中碳钢往往先进行调质处理。

2)由于加热温度低,故热处理畸变很小,渗氮处理后不需要磨齿。

3)硬化层很薄,故承载能力不及渗碳淬火齿轮,不宜用于有冲击载荷的场合。

4)渗氮处理周期长,加工成本较高。


适用条件适用于较大且较平稳的载荷下工作的齿轮,以及没有齿面精加工设备而又需要硬齿面的场合。


四、铸钢

钢号:ZG310-570、ZG340-640、ZG42SiMn、ZG50SiMn、ZG40Cr1、ZG35CrMnSi等。


工艺:正火或调质,以及表面淬火

1)可以制造复杂形状的大型齿轮

2)其强度低于同种牌号和热处理的调质钢

3)容易产生铸造缺陷


适用条件用于不能锻造的大型齿轮。


五、铸铁

钢号:各种灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。


1)材料低廉。

2)耐磨性好。

3)可制造复杂形状的大型齿轮。

4)有较好的铸造和切削工艺性。

5)承载能力低


适用条件灰铸铁和可锻铸铁用于低速、轻载、无冲击的齿轮;球墨铸铁可用于载荷和冲击较大的齿轮。






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