试为下列齿轮选择材料及成形方法：

2023-01-06

试为下列齿轮选择材料及成形方法：
①承受冲击的高速重载齿轮，Φ200mm，批量2万件；
②不承受冲击的低速中载齿轮，Φ250mm，批量50件；
③小模数仪表用无油润滑小齿轮，Φ30mm，批量3000件；
④卷扬机大型人字齿轮，Φ1500mm，批量5件；
⑤钟表用小模数传动齿轮，Φ15mm，批量10万件

不同用途齿轮的材料选择与热处理工艺

一、工作条件以及材料与热处理要求

1、条件：低速、轻载又不受冲击

要求： HT200 HT250 HT300 去应力退火

2、条件：低速（<1m/s）、轻载，如车床溜板齿轮等

要求： 45 调质，HB200-250

3、条件：低速、中载，如标准系列减速器齿轮

要求：45 40Cr 40MnB （5042MnVB）调质，HB220-250

4、条件：低速、重载、无冲击，如机床主轴箱齿轮

要求： 40Cr（42MnVB）淬火 中温回火 HRC40-45

5、条件：中速、中载，无猛烈冲击，如机床主轴箱齿轮

要求：40Cr、40MnB、42MnVB 调质或正火，感应加热表面淬火，低温回火，时效，HRC50-55

6、条件：中速、中载或低速、重载，如车床变速箱中的次要齿轮

要求：45，高频淬火，350-370℃回火，HRC40-45（无高频设备时，可采用快速加热齿面淬火）

7、条件：中速、重载

要求：40Cr、40MnB（40MnVB、42CrMo、40CrMnMo、40CrMnMoVBA）淬火，中温回火，HRC45-50。

8、条件：高速、轻载或高速、中载，有冲击的小齿轮

要求：15、20、20Cr、20MnVB渗碳，淬火，低温回火，HRC56-62。38CrAl 38CrMoAl
渗氮，渗氮深度0.5mm，HV900

9、条件：高速、中载，无猛烈冲击，如机床主轴轮。

要求： 40Cr、40MnB、（40MnVB）高频淬火，HRC50-55。

10、条件：高速、中载、有冲击、外形复杂和重要齿轮，如汽车变速箱齿轮（20CrMnTi淬透性较高，过热敏感性小，渗碳速度快，过渡层均匀，渗碳后直接淬火变形较小，正火后切削加工性良好，低温冲击韧性也较好）

要求：
20Cr、20Mn2B、20MnVB渗碳，淬火，低温回火或渗碳后高频淬火，HRC56-62。18CrMnTi、20CrMnTi（锻造→正火→加工齿轮→局部镀同→渗碳、预冷淬火、低温回火→磨齿→喷丸）渗碳层深度1.2-1.6mm，齿轮硬度HRC58-60，心部硬度HRC25-35。表面：回火马氏体+残余奥氏体+碳化物。中心：索氏体+细珠光体

11、条件：高速、重载、有冲击、模数<5

要求：20Cr、20Mn2B渗碳、淬火、低温回火，HRG56-62。

12、条件：高速、重载、或中载、模数>6，要求高强度、高耐磨性，如立车重要螺旋锥齿轮要求：18CrMnTi、20SiMnVB渗碳、淬火、低温回火，HRC56-62

13、条件：高速、重载、有冲击、外形复杂的重要齿轮，如高速柴油机、 重型载重汽车，航空发动机等设备上的齿轮。

要求：12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20CrMnMoVBA（锻造→退火→粗加工→去应力→半精加工→渗碳→退火软化→淬火→冷处理→低温回火→精磨）渗碳层深度1.2-1.5mm，HRC59-62。

14、条件：载荷不高的大齿轮，如大型龙门刨齿轮

要求：50Mn2、50、65Mn淬火，空冷，HB≤241

15、条件：低速、载荷不大，精密传动齿轮。

要求： 35CrMO 淬火，低温回火，HRC45-50

16、条件：精密传动、有一定耐磨性大齿轮。

要求： 35CrMo 调质，HB255-302。

17、条件：要求抗磨蚀性的计量泵齿轮。

要求： 9Cr16Mo3VRE 沉淀硬化。

18、条件：要求高耐磨性的鼓风机齿轮。

要求： 45 调质，尿素盐浴软氮化。

19、条件：要求耐、保持间隙精度的25L油泵齿轮。

要求：粉末治金（生产批量要大）。

20、条件：拖拉机后桥齿轮（小模数）、内燃机车变速箱齿轮（m6-m8）。

要求：55DTi或60D（均为低淬透性中碳结构钢）中频淬火，回火，HRC50-55，或中频加热全部淬火。可获得渗碳合金钢的质量，而工艺简化，材料便宜。

二、备注：

1、机床齿轮按工作条件可分三组：

（1）低速：转速2m/s，单位压力350-600N/mm^2。

（2）中速：转速2-6m/s，单位压力100-1000N/mm^2，冲击负荷不大。

（3）高速：转速4-12m/s，弯曲力矩大，单位压力200-700N/mm^2。

2、机床常用齿轮材料及热处理：

（1）45淬火，高温回火，HB200-250，用于圆周速度<1m/s中等压力，高频淬火，表面硬度HRC52-58，用于表面硬度要求高、变形小的齿轮。

（2）20Cr渗碳、淬火、低温回火，HRC56-62，用于高速、压力、中等、并有冲击的齿轮。

（3）40Cr调质，HB220-250，用于圆周速度不大，中等单位压力的齿轮，淬火，回火，HRC40-50，用于中等圆周速度、冲击负荷不大的齿轮。

（4）除上述条件外，如尚要求热处理时变形小，则用高频淬火、硬度HRC52-58。

3、汽车、拖拉机齿轮的工作条件比机床齿轮要繁重得多，要求耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面比机床齿轮高。因此，一般是载荷重、冲击大，多采用低碳合金钢（除左行列出的牌号以外，尚有20MnMoB、20SiMnVB、30CrMnTi、30MnTiB、20MnTiB等），经渗碳、淬火、低温回火处理。拖拉机最终传动齿轮的传动扭矩较大，齿面单位压较高，密封性不好，砂土、灰土容易钻入，工作条件比较差，常采用20CrNi3A等渗碳。

4、一般机械齿轮最常用的材料是45和40Cr，其热处理方法选择如下：

（1）整体淬火：强度、硬度（HRC50-55）提高，承载能力增大，但韧性减小，变形较大，淬火后须磨齿或研齿，只适用于载荷较大、无冲击的齿轮。应用较少。

（2）调质：由于硬度低，韧性也好不太高，不能用于大冲击载荷下工作，只适用于低速、中载的齿轮，一对调质齿轮的小齿轮面硬度要比大齿面硬度高出HB25-40。

（3）正火：受条件限制不适合淬火和调质的大直径齿轮用。

（4）表面淬火：45、40Cr高频淬火机床齿轮广泛采用，直径较大用火焰表面淬火。但对受较大冲击载荷的齿轮因其韧性不够，须用低碳钢（有冲击、中小载荷）或低碳合金钢（有冲击、大载）渗碳。

参考知识1 箱体材料一般选用普通灰铸铁HT200，耐磨减震，铸造性能良好，石墨的存在使得铸铁对缺口不敏感，而且价格便宜。HT150抗拉强度差点儿，适用于中等载荷，HT250以后为孕育铸铁，价格稍高。
铸铁件一般成形方法为砂型铸造，成本最低。因为含碳量高不适合焊接成形，支撑类零件也不需要锻造。