齿轮材料的选择原则
齿轮常用材料的选择及其热处理工艺分析
齿轮常用材料的选择及其热处理工艺分析介绍了齿轮常用材料及典型齿轮的热处理工艺，结合常用齿轮材料的性能特点，总结了齿轮材料选用原则及热处理工艺与提高其承载能力以及延长使用寿命之间的关系，旨在通过理论来指导实践。
标签：齿轮材料；热处理；性能；承载能力引言齿轮作为传动系统中应用非常广泛的零件，在工作时，所受应力往往是非常复杂的，一是需要承受齿轮齿根部的循环往复的弯曲应力，二还要考虑接触应力以及齿面之间的相互接触所带来的不良影响，同时具有较强的摩擦齿面，齿轮啮合时，它会吸收一定量的冲击载荷。
齿轮使用过程应避免齿面磨损太多，甚至以断齿、疲劳点蚀形式失效。
合适的热处理工艺能提高齿轮的耐磨性、承载能力和使用寿命，热处理后的齿轮具有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度（抗疲劳点蚀），齿面具有较高的硬度和耐磨性，齿轮心部具有足够的强度和韧性[1]。
齿轮材料的选择以及相关的热处理工艺无论是对于齿轮的质量，又或者是齿轮的使用性能都会产生很大的影响。
比较常用的热处理工艺包括：表面淬火、碳氮共渗、渗碳、渗氮、回火、正火等。
而对于齿轮材料的选择，锻钢、铸钢、铸铁、有色金属、非金属材料等都是非常理想的选择。
1 齿轮材料及热处理工艺1.1 锻钢根据齿面的软硬程度，钢制齿轮包括软齿面齿轮和硬齿面齿轮，它们之间的分界线是布氏硬度为350HBS的时候，大于350HBS为硬齿面，反之则是软齿面。
1.1.1 软齿面齿轮软尺面齿轮，工艺路线：锻造毛坯→正火→粗车→调质、精加工。
常用材料；45#、35SiMn、40Cr、40CrNi、40MnB等。
软齿面齿轮的特点：性能优良，齿面本身的硬度、强度都理想，齿心的韧性好；热处理后切齿精度可达8级；制造简单、经济、生产率高，对精度要求不高。
1.1.2 硬齿面齿轮（1）采用中碳钢时的加工工艺过程为：锻造毛坯→常化→粗切→调质→精切→高、中频淬火→低温回火→珩齿或研磨剂跑合、电火花跑合。
常用材料：45、40Cr、40CrNi。
齿轮材料选择及其热处理
齿轮材料选择及其热处理The document was finally revised on 2021齿轮材料选择及其热处理摘要：齿轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件，是能互相啮合的有齿的机械零件，是机械传动中应用最广泛的零件之一。
在齿轮的制造过程中,合理选择材料与热处理工艺,是提高承载能力和延长使用寿命的必要保证。
常用齿轮材料锻钢、铸钢、铸铁、有色金属、非金属材料等的选择及热处理工艺进行了分析。
关键词：齿轮材料热处理工艺一、齿轮结构：二、齿轮的分类：按其外形分为：圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、、蜗杆蜗轮按齿线形状分为：直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮按轮齿所在的表面分为：外齿轮、内齿轮按制造方法可分为：铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮三、常用齿轮材料及热处理工艺的选择:1)高承载能力的重要齿轮，如汽车、拖拉机、矿山机械及航空发动机等齿轮汽车、拖拉机等齿轮主要分装在变速箱和差速器中，推动汽车、拖拉机运行,所以传递功率、冲击力及摩擦压力都很大, 工作条件比较差。
因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面的要求均比较高，因此选用渗碳钢经渗碳、淬火及低温回火后使用最为合适。
小模数齿轮一般采用20Cr和20CrMnTi,而较大模数齿轮采用30CrMnTi 钢。
工艺路线一般为:备料——锻造——正火——机械粗加工、半精加工——渗碳+ 淬火+ 低温回火——喷丸——校正——精加工2)中等承载能力的齿轮，主要用于切削机床齿轮机床齿轮大多用于齿轮箱,传递动力,改变运动速度和方向,工作条件相对较好,载荷不大,工作平稳无强烈冲击,转速也不高,属工作条件较好的齿轮。
因此,要求综合力学性能好,一般选用调质钢制造, 如40 钢、45 钢、40Cr、40SiMn 等。
工艺路线一般为:备料——锻造——正火——机械粗加工——调质——机械半精加工——高频感应淬火+ 低温回火——磨削3)较低承载能力的齿轮较低承载能力的齿轮一般选用中碳钢(40、45)或低合金中碳钢(40Cr、40Mn、40MnB等)制造,进行调质处理,调质后硬度约为200～300HB。
齿轮材料选择
齿轮材料选择
齿轮是一种常见的机械传动元件，广泛应用于各种机械设备中。
齿轮材料的选择对于齿轮的性能和使用寿命有着重要影响。
在选择齿轮材料时，需要考虑以下几个方面：
1.强度和刚度：齿轮的材料需要具有足够的强度和刚度，能够
承受传动过程中的载荷和转矩。
常见的高强度材料包括合金钢、铸钢等，可以根据具体应用的载荷和转速来选择合适的材料。
2.耐磨性：齿轮在传动过程中会产生摩擦和磨损，因此需要选
择具有良好耐磨性的材料。
常见的齿轮材料有硬化钢、渗碳钢等，通过表面处理可以提高材料的耐磨性。
3.耐腐蚀性：某些特殊环境下，齿轮可能暴露在腐蚀性介质中，因此需要选择具有良好耐腐蚀性的材料。
例如，对于海洋环境中的齿轮，不锈钢等耐腐蚀材料可以作为选择。
4.疲劳寿命：齿轮在使用过程中会受到往复应力的作用，容易
出现疲劳破坏现象。
因此，需要选择具有良好疲劳寿命的材料。
常见的高疲劳寿命材料有铸铁、工程塑料等。
5.制造成本：齿轮材料的选择还要考虑制造成本的因素。
不同
材料的加工难度和成本差异较大，需要根据实际情况进行综合考虑。
总之，齿轮材料的选择需要根据具体应用的要求来决定，不同材料有不同的特点和适用范围。
综合考虑强度、刚度、耐磨性、
耐腐蚀性、疲劳寿命和制造成本等因素，选择适合的齿轮材料可以确保齿轮的性能和使用寿命。
齿轮材料的选择
齿轮材料的选择齿轮是一种常用的机械传动元件，广泛应用于各行各业的设备中。
齿轮的材料选择对传动效率、耐磨性、强度等性能起着至关重要的作用。
在选择齿轮材料时，需要考虑以下几个因素：强度、耐磨性、韧性、冲击韧性、耐腐蚀性、初始成本和加工性。
强度是齿轮材料选择的首要考虑因素之一。
齿轮在传动过程中会承受较大的载荷，因此需要选择强度高的材料。
普遍应用的齿轮材料包括低碳钢、中碳钢、合金钢等。
低碳钢具有较好的焊接性和加工性，在环境条件较为恶劣的情况下，可以选用合金钢，以提高齿轮的强度和耐磨性。
耐磨性是齿轮材料选择的关键指标之一。
齿轮在工作时会产生摩擦和磨损，因此需要具备良好的耐磨性能。
通常情况下，可以选用具有高硬度的材料，如硬质合金、淬火钢等。
硬质合金具有较高的硬度和耐磨性，但成本较高。
淬火钢可以通过热处理提高硬度，同时具有较好的耐磨性能。
韧性是齿轮材料选择的重要因素之一。
齿轮在工作过程中会产生冲击载荷，因此需要具备较好的韧性以抵御冲击载荷。
常用的具有良好韧性的材料包括中碳钢和合金钢。
中碳钢具有较高的韧性和强度，适用于一般工况。
合金钢具有较高的韧性和硬度，适用于高强度和高冲击载荷的传动系统。
耐腐蚀性是齿轮材料选择的重要指标之一。
在某些特殊工况下，齿轮需工作在腐蚀介质中，因此需要选择耐腐蚀性好的材料。
不锈钢是一种具有良好耐腐蚀性的齿轮材料。
不锈钢分为多种类型，可以根据具体工况选择合适的不锈钢材料。
初始成本和加工性也是齿轮材料选择的考虑因素之一。
不同材料的成本和加工性能有所差异。
一般情况下，低碳钢具有较低的成本和良好的加工性能，适用于一般工况。
而合金钢和不锈钢的成本较高，但具有较好的性能。
综上所述，齿轮材料的选择需要综合考虑强度、耐磨性、韧性、耐腐蚀性、初始成本和加工性。
根据具体工况，可以选择合适的材料来满足传动要求，并平衡材料性能和成本。
常用齿轮材料选择及其热处理工艺
齿轮材料的选择及其热处理匸艺1、齿轮材料的选择原则齿轮材料的种类很多.在选择时应考虔的因素也很多.下述几点可供选择材料时参考：1）齿轮材料必皴满足工作条件的耍求•例如.用于飞行器上的齿轮.耍满足质址小.传递功率大和可靠性高的耍求.因此必须选择机械性能高的合佥银：旷山机械屮的齿轮传动.一般功率很大.匸作速度较低、删圉环境中粉尘含虽极高•因此往往选择铸钢或铸铁等材料：家用及办公用机械的功率很小.但要求传动平稳、低噪声或无噪声、以及能在少润滑或无润滑状态下正當工作•因此常选用匸程塑料作为齿轮材料。
总Z.工作条件的耍求是选痒齿轮材料时首先应考虔的因素，2）应考應齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺，大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯.可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料’屮等或屮等以下尺寸耍求较高的齿轮常选用锻造毛坯•可选择锻钢制作。
尺寸较小而又耍求不高时. 可选用閲钢作毛坯，齿轮表而玦化的方法有：渗碳.氨化和表面淬火。
采用渗碳上艺时.应选用低碳钢或低碳會金钢作齿轮材料：抵化钢和调质钢能采用氮化匸艺；采用表而淬火时.对材料没有特别的耍求，3）正火磯钢.不论毛坯的制作方法如何.只能用丁•制作在裁荷平稳或轻度冲击下I：作的齿轮.不能承受大的冲击載荷：调质碳钢可用于制作在中等冲击数荷下工作的齿轮.4）合金钢當用于制作高速、垂裁并在冲击拔荷下匸作的齿轮•5）飞行器中的齿轮传动•耍求齿轮尺寸尽可能小.应采用表面欣化处理的高强度合佥钢.6）金屈制的软齿面齿轮.配对两轮齿面的駛度差应保持为30〜50HBS或更多。
当小齿轮与大齿轮的齿而具有较大的玦度差（如小齿轮齿而为淬火并磨制.大齿轮齿而为常化或调质）：且速度又较窩时.较锁的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿而会起较眾茗的冷作谀化效应.从而捉高了大齿轮齿面的彼劳极限。
因此.肖配对的两齿轮齿而具有较大的硬度差时.大齿轮的接触疲劳许用应力可提高约20%.但应注总唤度高的齿而.粗糙度值也耍相应地减小。
齿轮材料选择及其热处理
齿轮材料选择及其热处理标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]齿轮材料选择及其热处理摘要：齿轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件，是能互相啮合的有齿的机械零件，是机械传动中应用最广泛的零件之一。
在齿轮的制造过程中,合理选择材料与热处理工艺,是提高承载能力和延长使用寿命的必要保证。
常用齿轮材料锻钢、铸钢、铸铁、有色金属、非金属材料等的选择及热处理工艺进行了分析。
关键词：齿轮材料热处理工艺一、齿轮结构：二、齿轮的分类：按其外形分为：圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、、蜗杆蜗轮按齿线形状分为：直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮按轮齿所在的表面分为：外齿轮、内齿轮按制造方法可分为：铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮三、常用齿轮材料及热处理工艺的选择:1)高承载能力的重要齿轮，如汽车、拖拉机、矿山机械及航空发动机等齿轮汽车、拖拉机等齿轮主要分装在变速箱和差速器中，推动汽车、拖拉机运行,所以传递功率、冲击力及摩擦压力都很大, 工作条件比较差。
因此在耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面的要求均比较高，因此选用渗碳钢经渗碳、淬火及低温回火后使用最为合适。
小模数齿轮一般采用20Cr和20CrMnTi,而较大模数齿轮采用30CrMnTi 钢。
工艺路线一般为:备料——锻造——正火——机械粗加工、半精加工——渗碳+ 淬火+ 低温回火——喷丸——校正——精加工2)中等承载能力的齿轮，主要用于切削机床齿轮机床齿轮大多用于齿轮箱,传递动力,改变运动速度和方向,工作条件相对较好,载荷不大,工作平稳无强烈冲击,转速也不高,属工作条件较好的齿轮。
因此,要求综合力学性能好,一般选用调质钢制造, 如40 钢、45 钢、40Cr、40SiMn 等。
工艺路线一般为:备料——锻造——正火——机械粗加工——调质——机械半精加工——高频感应淬火+ 低温回火——磨削3)较低承载能力的齿轮较低承载能力的齿轮一般选用中碳钢(40、45)或低合金中碳钢(40Cr、40Mn、40MnB等)制造,进行调质处理,调质后硬度约为200～300HB。
齿轮材料的选择原则是什么
(1)齿轮铸件材料的选择原则1)轮齿表面层要具有足够的硬度和耐磨性。
2)对于承受交变载荷和冲击载荷的齿轮，基体要具有足够的抗弯强度与韧性。
3)要具有良好的工艺性，不但易于切削加工，且热处理性能好。
4)在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应注意尽量降低零件的总成本。
(2)铸铁材料及其特点、用途因为铸铁中存在的游离石墨和多孔性结构．所以齿轮的耐磨性良好、噪声小、成本低，可在许多负荷不大、工作条件不苛刻的蜗轮传动中替换铜合金蜗轮。
常用的铸铁主要包括：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和合金铸铁等四种。
最常用的是灰铸铁和球墨铸铁。
1)灰铸铁。
其抗弯及耐冲击能力很差，但它易于铸造、易切削，具有良好的耐磨性和消振性，成本低。
可用于低速、载荷不大的开式齿轮传动。
2)球墨铸铁及其热处理。
其性能介于钢和灰铸铁之间，强度比灰铸铁高很多，具有良好的韧性和塑性，在冲击不大的情况下，可代替钢制齿轮。
主要使用珠光体和贝氏体球墨铸铁，牌号在QT500以上，热处理一般采用正火+回火。
(3)铸造毛坯的预备热处理工艺。
铸坯需进行退火，也可进行正火+回火，调质处理。
9.41齿轮的材料及其选择原则
09-4齿轮的材料及其选择原则材料要求表面硬、芯部韧、较好的加工和热处理性能、价格↓。
常用材料锻钢、铸钢、铸铁、非金属材料1、锻钢1）软齿面齿轮：HBW≤350中碳钢：40、45、50、55 等中碳合金钢：40C r、40M n B、20C r特点：齿面硬度不高，限制了承载能力，但易于制造成本低，常用于对尺寸和重量无严格要求的场合。
加工工艺：锻坯——加工毛坯——热处理（正火、调质HBW160~300）——切齿精度7、8、9级。
2）硬齿面齿轮：HBW＞350低碳、中碳钢：20、45等低碳、中碳合金钢：20C r、20C r M n T i、20M n B等特点：齿面硬度高、承载能力高、适用于对尺寸、重量有较高要求的场合（如高速、重载及精密机械传动）。
加工工艺：锻坯——加工毛坯——切齿——热处理（表面淬火、渗碳、氮化、氰化）——磨齿（表面淬火、渗碳）。
若氮化、氰化：变形小，不磨齿。
专用磨床，成本高，精度可达4、5、6级。
2、铸钢用于d＞400~600mm的大尺寸齿轮；不重要的，批量生产的齿轮。
3、铸铁用于低速、无冲击和大尺寸的场合。
4、非金属材料材料的选择原则1、按不同工况选材。
2、中低速、中低载齿轮传动：大、小齿轮齿面有一定硬度差，HBW1=HBW2+（20~50）。
1）使大、小齿轮寿命接近；2）减摩性、耐磨性好；3）小齿轮可对大齿轮起冷作硬化作用。
3、有良好的加工工艺性，便于齿轮加工。
1）大直径d＞400 用ZG2）大直径齿轮：齿面硬度不宜太高，HBW＜200，以免中途换刀4、材料易得、价格合理。
举例：起重机减速器：小齿轮45钢调质 HBW230~260大齿轮45钢正火 HBW180~210机床主轴箱：小齿轮40C r或40M n B 表淬 HRC50~55大齿轮40C r或40M n B 表淬 HRC45~50 常用材料、热处理硬度和应用举例见下表表4-2 常用材料、热处理硬度和应用举例09-5圆柱齿轮传动的几何计算（略）。
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齿轮材料的选择原则
齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。
齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度。
齿轮传动使用范围广，传动比恒定，效率较高，使用寿命长。
在机械零件产品的设计与制造过程中，不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗。
如果齿轮材料选择不当，则会出现零件的过早损伤，甚至失效。
因此如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作。
满足材料的机械性能
材料的机械性能包括强度、硬度、塑性及韧性等，反映材料在使用过程中所表现出来的特性。
齿轮在啮合时齿面接触处有接触应力，齿根部有最大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效。
齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。
齿轮主要的失效形式有齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。
因此要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。
例如，在确定大、小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30-50HBS，这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄，强度低于大齿轮。
为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。
另一方面，根据材料的使用性能确定了材料牌号后。
要明确材料的机械性能或材料硬度，然后我们可以通过不同的热处理工艺达到所要求的硬度范围，从而赋予材料不同的机械性能。
如材料为40Cr合金钢的齿轮，当840-860℃油淬，540-620℃回火时，调质硬度可达28-32HRC，可改善组织、提高综合机械性能；当860-880℃油淬，240—280℃回火时，硬度可达46-51HRC，则钢的表面耐磨性能好，芯部韧性好，变形小；当500-560℃氮化处理，氮化层0.15-0.6mm时，硬度可达52-54HRC，则钢具有高的表面硬度、高的耐磨性、高的疲劳强度，较高的抗蚀性和抗胶合性能且变形极小；当通过电镀或表面合金化处里后，则可改善齿轮工作表面摩擦性能，提高抗腐蚀性能。
满足材料的工艺性能
材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。
齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选材时要对材料的工艺性能加以注意。
一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求。
但强度不够高，淬透性较差。
而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。
我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等途经来改善材料的工艺性能。
例如汽车变速箱中的齿轮选择20CrMnTi钢，该钢具有较高的机械性能，在渗碳淬火低温回火后，表面硬度为58-62HRC，芯部硬度为30-45HRC。
20CrMnTi的工艺性能较好，锻造后以正火来改善其切削加工性。
此外，20 CrMnTi还具有较好的淬透性，由于合金元素钛的影响，对过热不敏感，故在渗碳后可直接降温淬火。
且渗碳速度较快，过渡层较均匀，渗碳淬火后变形小。
适合于制造承受高速中载及冲击、摩擦的重要零件，因此根据齿轮的工作条
件选用20CrMnTi钢是比较合适的。
材料的经济性要求
所谓经济性是指最小的耗费取得最大的经济效益。
在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应注意尽量降低零件的总成本。
我们可以从以下几方面考虑：
从材料本身价格来考虑。
碳钢和铸铁的价格是比较低廉的，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且可降低成本。
从金属资源和供应情况来看，应尽可能减少材料的进口量及价格昂贵材料的使用量。
从齿轮生产过程的耗费来考虑。
首先，采用不同的热处理方法相对加工费用也不一样，如12CrNi3A钢渗碳表面淬火的费用要比氮化处理的费用少得多，而碳氮共渗又具有生产周期短和成本低的特点。
其次，通过改进热处理工艺也可以降低成本。
如某齿轮工作时在高速、中载且承受中等冲击条件下，原选用中合金高级渗碳钢18cr2Ni4W A材料，其经过910-940℃渗碳，850℃淬火，180-200℃回火后机械性能的抗拉强度≥1177Mpa、屈服强度≥834Mpa、延伸率≥10％、断面收缩率≥45％，冲击韧性≥980kJ／m2，硬度为58-62HRC。
虽能满足齿轮的使用性能和工艺性能，但零件的价格高。
现选用价格相对便宜的低碳中合金、中淬透性渗碳钢20CrMnTi。
经过910-940℃渗碳，870℃淬火，180-200℃回火后机械性能的抗拉强度≥1100Mpa、屈服强度≥850Mpa、延伸率≥10％、断面收缩率≥45％，冲击韧性≥680，硬度为58-62HRC。
仅此一项改进，材料费用不仅大大降低，而且满足了其使用性能和工艺性能。
第三，所选钢种应尽量少而集中，以便采购和管理。
随着齿轮形状、尺寸和材料向着多品种、多系列和个性化的方向发展，尤其是在型号多、产量小时，在齿轮锻造、机加工和热处理等生产工艺方面，存在着设计量大，生产周期长、效率低、成本高、能耗大、管理难和质量不易保证等不利状况，因此在齿轮选材时精选、优选和压缩材料牌号和规格有利于提高选材通用化、系列化和标准化程度，提高材料的利用率，提高材料采购的计划性，以减少库存积压、加快资金流动，方便储存和保管以及降低材料的成本消耗。
最后，我们还可以通过改进工艺来提高经济效益。
如模锻件生产的模锻工艺已突破传统工艺的要求，在提供成型毛坯时，可利用少无切削工艺，模锻与机械精加工相结合，部分或全部取代切削加工直接生产零件，或在生产中采用成组技术与工艺，也可提高产品质量、生产效率和降低成本。
结束语
综上所述，在选择齿轮材料时。
必须了解我国工业发展形式，结合我国资源和生产条件，从实际出发，全面考虑机械性能、工艺性能和经济性等方面的问题，只有合理选材才能保证齿轮质量、降低产品成本，从而提高市场竞争力。