典型齿轮材料及热处理方法

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：机车齿轮的材料大致可分为调质钢、渗氮钢及渗碳钢三大类。大连机车车辆有限公司采用17CrNiMo6钢制造的HXD5型大功率机车牵引齿轮，并经渗碳淬火。一般机床齿轮常用钢材及其热处理工艺见表1-22。表1-22 一般机床齿轮常用钢材及其热处理工艺7.航空齿轮用钢及其热处理航空齿轮是用来传递动力和改变运行速度的，因此在功率传递机构如减速器中，需要使用各种形式的齿轮。部分齿轮钢采用优质渗氮钢进行渗氮热处理。

一般把普通热处理分为最终热处理及预备热处理两大类，最终热处理的目的是使齿轮达到设计和使用的性能要求，而预备热处理的目的是消除或改善工序引起的缺陷，为后续加工做好组织与性能的准备。

1.齿轮的常用热处理方法（见表1-9）

表1-9 齿轮的常用热处理方法

（续）

2.齿轮材料的工作条件及热处理

（1）常用齿轮材料的工作条件及热处理（见表1-10）

表1-10 常用齿轮材料的工作条件及热处理

（续）

（2）典型齿轮的工作条件、材料与热处理（见表1-11）

表1-11 几类典型齿轮的工作条件、材料与热处理

3.车辆齿轮用钢铁材料及其热处理

车辆变速齿轮受力较大，超载和受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度及冲击韧性等性能要求均比一般机床齿轮要高，通常选用渗碳钢做材料。

国内车辆齿轮用钢主要用于制造汽车、拖拉机、摩托车、工程车等渗碳淬火齿轮，现已形成了比较完整的用钢系列，其中有：16MnCr5、20MnCr5、27MnCr5等Mn-Cr系列渗碳齿轮钢22CrMoH、20CrMoH等Cr-Mo系列渗碳齿轮钢，20CrMnB、16CrMnB等Cr-Mn-B系列渗碳齿轮钢20CrNiMo、22CrNiMo等Cr-Ni-Mo系列渗碳齿轮钢和Cr-Mn-Ti系列渗碳齿轮钢。

（1）车辆齿轮常用钢铁材料及热处理技术要求（见表1-12）

表1-12 车辆齿轮常用钢铁材料及热处理技术要求

（续）

① m_n为法向模数

② m_s为端面模数

（2）车辆齿轮常用钢材及其主要化学成分（见表1-13）

表1-13 车辆齿轮常用钢材及其主要化学成分

目前，车辆齿轮大部分都进行渗碳淬火处理，车辆渗碳齿轮用钢见表1-14

表1-14 车辆渗碳齿轮用钢

（3）国外常用汽车渗碳齿轮材料及其应用（见表1-15）

表1-15 国外常用汽车渗碳齿轮材料及其应用

（4）摩托车齿轮材料及其热处理摩托车齿轮材料及其热处理工艺见表1-16

表1-16 摩托车齿轮材料及其热处理工艺（JB／T 10424—2004）

4.轨道交通机车牵引齿轮用钢及其热处理

轨道交通机车牵引齿轮是电力机车和电传动内燃机车牵引传动装置中的重要零件。机车齿轮的材料大致可分为调质钢、渗氮钢及渗碳钢三大类。为了获得高质量的牵引齿轮，国外生产厂家大多采用低碳铬钼钢或低碳铬镍钼钢，并较多地采用保证淬透性钢，进行渗碳淬火、回火。

国内生产厂家一般选用表面硬化钢，多采用低碳合金结构钢制造，并经过渗碳淬火处理。有时采用中碳钢进行感应淬火。通常，主动齿轮多数采用12CrNi3、12CrNi4、15CrNi3Mo、15CrNi6等渗碳钢，从动齿轮多采用20CrMnMo、20CrNi2Mo、20CrNi4、16Cr2Ni2A、17CrNiMo6等渗碳钢。

目前，我国已成功研制16Cr2Ni2A钢高速重载大功率机车渗碳齿轮，广泛用于制作8K 6GF、SS5、SS6B、SS7等机车的牵引齿轮，其性能远比20CrMnMo、50CrMoA钢优良。大连机车车辆有限公司采用17CrNiMo6钢制造的HXD5型大功率机车牵引齿轮，并经渗碳淬火。东北特钢集团研制的高速／重载铁路电力机车齿轮用钢为18CrNiMo7-6钢，并经渗碳淬火。

（1）齿轮材料国内外机车牵引齿轮用钢及其化学成分见表1-17。

表1-17 国内外机车牵引齿轮用钢及其化学成分（质量分数）（％）

注：括号的牌号为我国钢材的相当牌号

（2）齿轮热处理机车齿轮模数通常为10～15mm，热处理多采用气体渗碳淬火工艺，一般要求渗碳层深度2～4mm，表面与心部硬度分别为58～62HRC和30～45HRC，理想金相组织为隐针或细针马氏体＋少量残留奥氏体＋细小而均匀分布的颗粒状碳化物。国内外电力机车牵引齿轮用钢及其热处理见表1-18。

表1-18 国内外电力机车牵引齿轮用钢及其热处理

注：括号中的钢号为我国钢材的相当牌号或所含合金元素

5.风电齿轮用钢及其热处理

代表齿轮最高技术的风电设备反映出热处理技术水平。目前，国内外风电齿轮箱外啮合齿轮均采用渗碳淬火工艺；国外行星传动的内齿圈主要采用渗碳淬火，但目前国内对大型薄壁内齿圈的渗碳淬火畸变规律尚未完全掌握，内齿圈多采用渗氮工艺，少数采用高、中频感应淬火（常用材料为42CrMoA、34Cr2Ni2MoA、4140H、4340H等优质中碳合金钢）；风电变速器输出齿轮轴（17CrNiMo6钢）采用渗碳热处理。

（1）常用的风电齿轮用钢化学成分（见表1-19）

表1-19 常用的风电齿轮用钢化学成分

（2）风电齿轮常用热处理工艺的比较几种风电硬齿面齿轮常用热处理方法对比见表1-20

表1-20 风电硬齿面齿轮常用热处理方法对比

注：1.表中极限应力值对应于MQ级的材料热处理质量等级。

2.感应淬火齿根未淬硬时，其弯曲极限应力数值将大幅度降低

（3）风电变速器齿轮常用钢材及其热处理（见表1-21）

表1-21 风电变速器齿轮常用钢材及其热处理

6.机床齿轮用钢及其热处理

一般情况下，机床齿轮工作条件相对较好，转速中等、载荷不大、运行平稳且无强烈冲击故对齿轮的表面耐磨性和心部韧性要求不很高。一般选用调质钢，如45钢、40Cr钢等制造。经正火或调质处理后再经感应淬火处理，齿面硬度可达40～56HRC，齿轮心部硬度为200～280HBW，完全可满足性能要求。

对于承受中、高速及中等载荷而且精度要求较高的机床变速箱齿轮，通常选择渗氮钢（如35CrMo、38CrMoAl钢等）进行表面渗氮或离子渗氮处理。还有极少数高速、重载、承受冲击的机床齿轮，可选用渗碳钢（如20Cr、20CrMnTi、20CrMo钢等）进行渗碳淬火及低温回火。一般机床齿轮常用钢材及其热处理工艺见表1-22。

表1-22 一般机床齿轮常用钢材及其热处理工艺