齿轮材料及热处理
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,HB （布氏硬度）200-250
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(洛氏硬度) 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. 轴类热处理实例
一、 工作条件以及材料与热处理要求 1. 条件: 在滑动轴承中工作, υ周＜ 2m/S,要求表面有较高在硬度的小轴, 心轴. 如机床走刀箱、变速箱小轴..
要求: 45、50, 形状复杂的轴用40Cr 、42MnVB. 调质,HB228-255, 轴 颈处高频淬火,HRC45-50
2. 条件: 在滑动轴承中工作,
υ周＜ 3m/S,要求硬度高、变形小, 如中间带传动装置的小轴 要求: 40Cr 、42MnVB 调质,HB228-255, 轴颈高频淬火,HRC45-50.
3. 条件: υ周≥ 2m/S,大的弯曲载荷及摩擦条件下的小轴，如机床变速箱小轴。 要求: 15、20、20Cr 、20MnVB 渗碳, 淬火, 低温回火,HRC58-62. 4. 条件: 高载荷的花键轴, 要求高强度和耐磨, 变形小. 要求: 45 高频加热, 水冷, 低温回火,HRC52-58.
5. 条件: 在滚动或滑动轴承中工作, 轻或中等负荷, 低速, 精度要求不高, 稍有冲击, 疲劳负荷可忽咯的主轴, 或在滚动轴承中工作, 轻载, υ＜1m/s的次要花键轴.
要求: 45 调质,HB225-255(如一般简易机床主轴)
6. 条件: 在滚动或滑动轴承中工作, 轻或中等负荷转速稍高. ρυ≤150N.m/(cm^2.s),精度要求高, 冲击, 疲劳负荷不大.
要求: 45 正火或调质,HB228-255, 轴颈或装配部位表面淬火,HRC45-50. 7. 条件: 在滑动轴承中工作, 中或重载, 转速较高ρυ≤400N.m/cm^2.S, 精度较高, 冲击、疲劳负荷不大.
要求: 40Cr 调质,HB228-255或HB248-286, 轴颈表面淬火,HRC ≥54, 装配部位表面淬火HRC ≥45.
8. 条件: 其他同上, 但转速与精度要求比上例高, 如磨床砂轮主轴. 要求: 45Cr 、42CrMo 其他同上, 表面硬度HRC ≥56.
9. 条件: 在滑动或滚动轴承中工作, 中载、高速、心部强度要求不高, 精 度不太高, 冲击不大, 但疲劳应力较大, 如磨床, 重型齿轮铣床等主轴. 要求: 20Cr 渗 碳, 淬火, 低温回火,HRC58-62.
10. 条件: 在滑动或滚动轴承中工作, 重载, 高速(ρυ≤400N.m/cm^2.s) 冲击, 疲劳应力都很高.
要求: 18CrMnTi 20Mn2B 20CrMnMoVA 渗碳 淬火 低温回 火HRC ≥59.
11. 条件: 在滑动轴承中回转, 重载, 高速, 精度很高≤0.003mm, 很高疲 劳应力, 如高精度磨床镗床主轴.
要求: 38CrAlMoA 调质 硬度HB248-286:轴颈渗氮, 硬度HV ≥900. 12. 条件: 电动机轴, 主要受扭.