车床主轴箱齿轮的选材及热处理工艺
汽车变速箱齿轮的选材及热处理工艺分析
汽车变速箱齿轮的选材及热处理工艺分析汽车变速箱齿轮的选材及热处理工艺分析内容提要:本文以汽车变速箱齿轮为例，详细论述了其材料选择的具体思路及其热处理工艺的制定、分析和工序的安排，论证了汽车变速箱齿轮材料的选择及热处理工艺对产品的质量和使用寿命的影响。
关键词:变速箱齿轮材料热处理工艺分析在汽车制造过程中，除了一些标准件外，其他零部件都涉及材料的选择及热处理工艺的制定、分析和工序的安排。
合理选择零件的材料及正确安排零件的热处理工艺将直接关系到产品的质量和使用寿命。
本文以汽车变速箱齿轮为例，论述了其选材及热处理工艺的制定过程与思路，与大家探讨。
一、变速箱齿轮的材料选择:1、选材的原则:零件材料的选择应根据零件的使用性能要求及加工工艺性能、经济成本要求进行选择:1)、使用性能要求:使用性能是指零件在正常使用状态下，材料应具备的性能，是保证零件工作安全可靠、经久耐用的必要条件。
零件在选材时，首先要根据零件的工作条件和失效形式，正确判断所要求的使用性能，再根据主要的使用性能指标来选择合适的材料。
变速箱齿轮位于汽车传动部分，用于传递扭矩与动力、调整速度的作用。
其工作条件、失效形式及要求的力学性能如下表:零件名称工作条件常见失效形式要求的力学性能变速箱齿轮A、由于传递扭矩，齿根要承受较大的弯曲应力和交变应力;B、由于变速箱齿轮转速变化范围广，齿轮表面承受较大的接触应力，并在高速下承受强烈的磨擦力;C、由于工作时不断换档，轮齿之间经常要承受换档造成的冲击与碰撞。
A、当齿轮所受弯曲应力过大时，可能发生齿根折断;B、轮齿在交变应力的作用下，长时间工作可能发生疲劳断裂;C、齿面在强磨擦作用下可能发生磨损和点蚀现象。
D、齿轮心部韧性过低时，在冲击作用下可能发生断裂。
A、表面高硬度、高耐磨性:齿面硬度58-64HRC，心部硬度30-45HRC;B、齿面高的接触疲劳强度;C、齿根高的弯曲强度(σb>1000Mpa);D、心部较高强度、高韧性(a k>60J/cm 2)。
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。
齿轮材料选择及其热处理
齿轮材料选择及其热处理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、齿条、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。
车床主轴的选材 加工路线 热处理
选择车床主轴材料,设计合理的加工路线,热处理工艺方案摘要：根据车床主轴的工作情况,对材料的选用、其加工路线及相应的热处理工艺进行了分析,并就其操作提出了自己观点。
关键词：车床主轴；加工路线；热处理工艺；材料一、材料的选择主轴是车床上传递动力的零件，传递着动力和各种负荷，它的合理选材直接影响整台车床的精度和使用寿命。
其主要实效形式如下：1、受横向力并传递扭矩，承受交变弯曲应力和扭应力，常常发生疲劳断裂。
2、轴颈和花键等部位发生相对运动，承受较大的摩擦，轴颈表面产生过量的磨损。
3、承受一定的过载和冲击和载荷，产生过量弯曲变形，甚至发生折断或扭断。
所以所选的材料应满足：良好的综合力学性能，即具有较高的强度刚度、足够的韧性、疲劳强度、变形小及对应力集中的敏感性低等性能以防止过载和冲击断裂，还要有良好的切削加工性，高的表面硬度和良好的耐磨性，以防止轴颈摩损。
在设计时要充分考虑：1、主轴的工作特性和技术要求。
主轴的摩檫和磨损情况;主轴的载荷大小和载荷性质。
2、主轴热处理的要求。
主轴的工作状况;主轴精密度和光洁度;主轴弯曲载荷和扭转力矩;主轴转速;主轴有无冲击载荷。
3、主轴热处理加工工艺实行的可能性以及经济性。
轴的常用材料为碳素钢和合金钢。
合金钢比碳素钢具有更高的机械性能和更好的热处理性能。
含不同合金的钢可获得各种特殊性能。
因此，对于载荷大并要求尺寸小，重量轻、耐高温或耐磨性、抗腐蚀性能要求高的轴可采用合金钢。
合金钢对应力集中的敏感性高，因此设计时应从结构上避免或减小应力集中，并降低其表面粗糙度的数值。
由于在常温下合金钢的弹性模量与一般碳素钢差不多，故选合金钢对提高轴的刚度没有实效。
而对形状复杂的轴可采用球墨铸铁。
球墨铸铁具有良好的吸振性和耐磨性，对应力集中的敏感性低，且价格低廉，加工性好。
但球墨铸铁的强度较低。
我们一般主轴承受交变弯曲应力和扭应力，在轻度或中等载荷、转速不太高，精度不很高，冲击、交变载荷不大的情况下，具有普通力学性能就能满足要求，一般采用45钢制造。
齿轮的金属材料与热处理分析工作计划
齿轮的金属材料与热处理分析工作计划齿轮是一种常用的机械传动元件，它能够通过齿轮的啮合传递动力和运动，广泛应用于机械设备、汽车、船舶等领域。
在齿轮的制造过程中，材料的选用和热处理工艺对齿轮的性能和使用寿命起着至关重要的作用。
本文将重点介绍齿轮制造中金属材料的选择和热处理分析工作计划，以期为相关领域的研究和开发提供一定的参考和借鉴。
1.金属材料的选择齿轮制造所选用的金属材料，直接影响着齿轮的硬度、强度、耐磨性和耐疲劳性能。
常用的齿轮材料包括碳素钢、合金钢、不锈钢、铜合金等多种金属材料。
在进行金属材料的选择时，需要考虑以下几个方面的因素：(1)负荷和转速：根据齿轮所受的负荷大小和工作转速，选择相应强度和硬度的金属材料，以确保齿轮在工作过程中不易变形和磨损。
(2)工作环境：考虑齿轮在不同工作环境下的耐腐蚀性能和耐磨性能，选择适合的不锈钢或合金材料。
(3)成本和加工性能：综合考虑材料的成本和加工性能，选择经济实用的金属材料。
2.热处理分析工作计划热处理是指对金属材料进行加热、保温和冷却等过程，以改变其组织和性能的工艺。
通过合理的热处理工艺可以提高齿轮的硬度、耐磨性和疲劳性能，延长齿轮的使用寿命。
热处理工艺主要包括退火、正火、淬火和回火等多种方法，具体工作计划如下：(1)退火工艺：对碳素钢和合金钢等金属材料进行加热至一定温度，保温一段时间后缓慢冷却，以减少内部残余应力和提高韧性。
(2)正火工艺：对低碳合金钢进行较低温度的加热处理，获得适当硬度和机械性能。
(3)淬火工艺：对高碳合金钢进行加热至临界温度，然后迅速冷却，以获得高硬度和强度。
(4)回火工艺：对经过淬火处理的齿轮进行加热至一定温度，保温一定时间后冷却，以降低脆性和提高韧性。
3.检测和分析在热处理工艺中，需要对齿轮的硬度、强度、韧性、磨损和疲劳性能进行全面检测和分析。
具体工作计划如下：(1)硬度测试：利用洛氏硬度计或布氏硬度计对热处理后的齿轮进行硬度测试，以评估其表面硬度和深度硬化层的均匀性。
机床齿轮常用钢及热处理工艺
58～63HRC
在不高载荷下工作的大型齿轮
50Mn2、65Mn
820～840℃空冷
＜241HB
传动精度高，要求具有一定耐磨性的大齿轮
35CrMo
850～870℃空冷，600～650℃回火(热处理后精切齿形)
200～230HRC
中等速度、中等载荷，不大的冲击下工作的高速机床走刀箱、变速箱齿轮
40Cr、42SiMn
调质后860～880℃高频感应加热，乳化液冷却，280～320℃回火
45～50HRC
高速、高载荷、齿部要求高硬度的齿轮
40Cr、42SiMn
调质后860～880℃高频感应加热，乳化液冷却，180～200℃回火
机床齿轮常用钢及热处理工艺
齿轮工作条件
钢号
热处理工艺
硬度要求
在低载荷下工作,要求耐磨性高的齿轮
15（20）
900～950℃渗碳，直接淬冷或780～800℃水淬，180～200℃回火。
58～63HRC
低速(<0.1m/s),低载荷下工作的不重要变速箱齿轮和挂轮架齿轮
45
840～860℃正火
156～217HRC
50～55HRC
高速、中载荷、受冲击、模数<5（机床变速箱齿轮、龙门铣床的电动机齿轮）
20Cr、20SiMn
900～950℃渗碳，直接淬火或800～820℃再加热油淬，180～200℃回火。
58～63HRC
高速、重载荷受冲击、模数>6的齿轮（如立车上重要的螺旋伞齿轮）
20CrMnTi、20SiMnVB、12CrNi3
低速(<0.1m/s),低载荷下工作的齿轮(如车床溜板上的齿轮)
45
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。
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5 组织
正火工艺获得细晶粒铁素体与索氏体，淬火冷却至室温得到细小晶粒
马氏体和少量残余奥氏体，回火冷却至室温后得到均匀细致的回火索氏
体，高频感应加热冷却至室温表面组织为回火马氏体，心部组织为回火 索氏体，最终低温回火后得到均匀细致的回火马氏体。
2 选材
根据对齿轮性能的要求，应从具有好的综合力学性能指标这个要素选择 材料。工业生产中常用的金属材料主要是钢、铸铁及合金。铸铁的含碳 量比较高，因此有高的硬度和好的耐磨性，但塑性、韧性差，价格相对 便宜，对于一些低速、低冲击载荷条件下工作的齿轮，可选用铸铁。钢 按含碳量分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。低碳钢含碳量低，所以塑性、 韧性好，但强度、硬度低，易变形，不能满足齿轮的性能要求。高碳钢 含碳量高，因此有较高的强度、硬度和好的耐磨性。但塑性、韧性差， 易断裂，也不太适合。中碳钢的含碳量在低碳钢和高碳钢之间，兼具有 低碳钢和高碳钢的性能，有较好的综合力学性能，能满足齿轮的性能要 求，因此选用中碳钢比较合适，价格相对于合金钢便宜。生产中通常选 用45号钢。
2～2. 5 h ,空冷。目的是获得均匀细密的回火索氏体组织,细密的索氏 体金相组织有利于零件精加工后获得光洁的表面。同时,也使主轴具有 良好的综合力学性能。为了更好的发挥调质的效果，故安排在粗加工 之后。
c.
高频感应加热淬火：将齿轮置于感应加热淬火装置内，感应设
备频率取250KHZ，轮齿温度达到860～900℃后，用水快速冷却,淬火
2 选材
根据对齿轮性能的要求，应从具有好的综合力学性能指标这个要素选择 材料。工业生产中常用的金属材料主要是钢、铸铁及合金。铸铁的含碳 量比较高，因此有高的硬度和好的耐磨性，但塑性、韧性差，价格相对 便宜，对于一些低速、低冲击载荷条件下工作的齿轮，可选用铸铁。钢 按含碳量分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。低碳钢含碳量低，所以塑性、 韧性好，但强度、硬度低，易变形，不能满足齿轮的性能要求。高碳钢 含碳量高，因此有较高的强度、硬度和好的耐磨性。但塑性、韧性差， 易断裂，也不太适合。中碳钢的含碳量在低碳钢和高碳钢之间，兼具有 低碳钢和高碳钢的性能，有较好的综合力学性能，能满足齿轮的性能要 求，因此选用中碳钢比较合适，价格相对于合金钢便宜。生产中通常选 用45号钢。
1 引言
车床主轴箱是一变速装置， 通常将主动轴的一种转换为从动轴的一种或多种转 速，而这种转速的改变主要是通过一系列相互啮合的不同齿数的齿轮来实现的。 因此主动齿轮会对与其啮合的从动轮轮齿施加推动力，从而带动从动轮的旋转。 所以齿轮会受到外力的影响， 从而导致齿轮自身会产生相应的应力。 虽然齿轮所 承受的应力远低于材料的屈服点， 但长时间工作也有可能导致齿轮产生裂纹而断 裂。齿轮在转动过程中，接触面的齿面会产生滑动摩擦，从而磨损齿面而导致轮 齿的断裂。齿轮在传动过程中，会由于换挡、启动或啮合不良而使齿轮受到冲击 载荷的作用，从而使齿轮变形甚至断裂。以上均是齿轮的工作环境，为了能使齿 轮在上述环境下能正常工作，就得要求齿轮的自身条件能符合上述条件。
6 性能
在加工正常不出错误的情况下，经该工艺加工出的车床主轴箱齿轮具
有较高硬度及好的耐磨性，齿面具有较高的疲劳强度 ，齿轮心部有足够
的强度和韧度。即齿轮有较好的综合力学性能。通常齿轮心部硬度能达 到170～217HB，齿面硬度达45～50HRC。
后表面不得有裂纹。目的是提高轮齿表面硬度和耐磨性,淬火后表面硬 度可达到48～53HRC,淬硬层可达2mm。 d. 低温回火：将齿轮放入回火炉中加热到 200℃保温约 1h，出炉
空气中冷却。目的是消除在淬火时产生的内应力，防止齿轮在工作中
的变形和开裂；获得稳定的组织。保证尺寸的稳定性、提高齿轮的韧
性、调整齿轮的强度和硬度、获得较好的综合力学性能。
3 加工工艺
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工（滚齿）→高频感应加热淬 火→低温回火→磨削
4 热处理工艺规范
a. 正火：将齿轮放人炉中加热到 840-880℃，保温约 2h，出炉空
气中冷却。目的是充分消除锻造引起的内应力。细化晶粒淬火 840±10℃, 保温 1.5h ，水冷 ; 回火 580±10℃, 保温