齿轮常用材料的机械性能和应用范围.
常用金属材料热处理方法机械性能及应用范围
Y40Mn
≤50
-
-
＜207
18CrMnTi
≤50
≥7000
≥4300
-
160-207
18CrMnTi
1.900-950℃渗碳 渗碳，淬油 2.箱冷 3.加热至860-880℃淬油 4.180-200℃回火 正火 1.加热至880-900℃ 2.空气冷却 1.加热至860-880℃淬水 或油 2.490-510℃回火
≤70
≥10000 心部 46006000
≥8000 心部 30004000
心部 240-300
表面 58-62
20Cr
≤50
-
143-179 这种钢一般经渗碳淬火或调质后使用很少在正火状态下使用
20Cr
调质
≤50
≥7000
≥5000
-
179-212 用于制造高速中等冲击负荷的零件 这种钢经渗碳，淬火后的机械性能和18CrMnTi相似，但心部 ≥212 的强度销低，用于要求心部强度较高，表面耐磨，尺寸较大 的渗碳零件，如齿轮，齿轮轴，蜗杆，凸轮，柱塞，活塞 销，主轴，爪型，离合器等 抗拉强度与屈服强度比相应的碳素钢高20%，并具有良好的淬 180-230 透性， 很少在正火状态下使用。在许可条件下应尽量用45号缸代替 10Cr钢制造机床零件。 230-280 用于受交变负荷，中等连……负荷下的零件……齿轮， 用滚动轴的主轴和轴，顶夹套……轴等；
≤50
10000
8000
表面 56-58
用于中等负荷并要求耐磨的零件。定位和紧固螺钉，轴，梢子等
40
25
5700
3400
-
40钢是有较高的强度，用于制造要求较高的零件。如轴，连 杆，圆盘等。这种钢可焊接，但焊接前须预热至150℃
齿轮的材料及热处理
§11.2材料
钢制齿轮分为软齿面（齿面硬度HBS≤350）和硬齿面（齿面硬度HBS>350）; 一对齿轮中，小齿轮的齿面硬度最好比大齿轮的高25～50HBS
2．铸钢 3．铸铁 4．非金属材料
要求：会查表 齿轮常用材料及力学性能见
表11-1
11.2.2 齿轮的热处理
机械行业常用的20种材料及其特性
以下是机械行业常用的20种材料及其特性：1. 碳钢：- 特性：强度高、硬度适中、耐磨性好，易于加工和焊接。
- 应用：机械零件、结构件等。
2. 不锈钢：- 特性：耐腐蚀性好、强度高、抗氧化性强。
- 应用：食品加工设备、化工设备、船舶零件等。
3. 铝合金：- 特性：密度低、强度高、良好的导热性和导电性。
- 应用：航空航天、汽车、电子设备等。
4. 铜：- 特性：良好的导电性和导热性，耐腐蚀性好。
- 应用：电子器件、导线、换热器等。
5. 钛合金：- 特性：密度低、强度高、耐腐蚀性强。
- 应用：航空航天、医疗器械、化工设备等。
6. 镍合金：- 特性：耐腐蚀性好、高温强度高。
- 应用：化工设备、航空发动机、核电站设备等。
7. 铸铁：- 特性：强度高、耐磨性好、抗冲击性强。
- 应用：机床床身、发动机缸体、管道件等。
8. 锻钢：- 特性：强度高、韧性好、耐磨性较好。
- 应用：汽车曲轴、锻造件、工具等。
9. 塑料：- 特性：良好的绝缘性、耐腐蚀性、低密度。
- 应用：工程塑料件、密封件、电器外壳等。
10. 聚酰亚胺（PI）：- 特性：高温稳定性、优异的耐化学性、强度高。
- 应用：航空航天、电子设备、汽车零部件等。
11. 聚四氟乙烯（PTFE）：- 特性：优异的耐磨性、低摩擦系数、优良的绝缘性。
- 应用：密封件、轴承、阀门等。
12. 聚氨酯（PU）：- 特性：耐磨性好、强度高、耐油性好。
- 应用：密封件、刮板、橡胶轮等。
13. 聚甲醛（POM）：- 特性：强度高、硬度高、耐磨性好。
- 应用：齿轮、轴承、零件等。
14. 高速钢：- 特性：耐高温、耐磨性好、切削性能优异。
- 应用：刀具、冲头、铣刀等。
15. 钻石：- 特性：硬度极高、耐磨性好、导热性好。
- 应用：切割工具、磨料、金刚石刀具等。
16. 合成蓝宝石：- 特性：透明度好、硬度高、耐腐蚀性强。
- 应用：光学器件、观察窗、手表表盘等。
17. 硅胶：- 特性：柔软、耐高温、优良的绝缘性。
机械零件的常用材料特性及应用
用途、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性。
零件材料 各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标 和机械设计手册中查得。
以功能來分: 依其機械、電氣、熱學及其他性質功能來分。
1 )泛用塑膠： 通常以美觀及低功能使用要求，為訴求重點。 如：PE 、 PVC 、 PMMA、ABS
轴用材料
要求: 充分強度/耐磨性/耐疲勞性/充分硬度/充 分橈度
選用
一般用軸材料(A3/S10C/S45C) 強力用軸材料(SNCM240(价高)/42CrMo)
齿轮用材料
要求: 充分強度/耐磨性/充分硬度/耐衝擊性/易 加工性
選用
高周波淬火處理材料(S45C/42CrMo) 滲碳淬火處理材料(42CrMo) 氮化相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。 可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。
选用原则： 优选碳素钢(A3.S45C)，其次是硅、锰、硼、钒类合
金钢,特殊硬度可以选合金工具钢（Cr12).
金属热处理方式
热处理方式：退火、正火、淬火和回火四种基本工艺，俗称金 属热处理的“四把火”。 1.退火：是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不 同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达 到 或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为 进一步淬火作组织准备。 2.正火：是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效 果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削 性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 3.淬火：是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水 溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。 (S45C可以达到42-50HRC, Cr12可以达到52-60HRC) 4.回火：是为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而 低于 710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这 种工艺称为回火
齿轮常用材料的机械性能和应用范围
ZG310-570
正火
570
310
163～197HBS
低中速、中载的大直径齿轮
ZG340-640
640
340
179～207HBS
HT250
人工时效
250
170～240HBS
低中速、轻载、冲击较小的齿轮
HT300
300
187～255HBS
HT350
350
179～269HBS
材料牌号
热处理
方法
机械性能
应用范围
强度极限
σB(MPa)
屈服极限
σS(MPa)
硬度
HBS、HRC或HV
45
正火
580
290
162～217HBS
低中速、中载的非重要齿轮
调质
640
350
217～255HBS
低中速、中载的重要齿轮
调质-
表面淬火
40～50HRC
(齿面)
高速、中载而冲击较小的齿轮
40Cr
调质
(齿面)
高速、中载、并承受冲击的重要齿轮
20CrMnTi
渗碳-
淬火
1100
850
56～62HRC
(齿面)
16MnCr5
渗碳-
淬火
780～1080
590
54～62HRC
(齿面)
17CrNiMo6
渗碳-
淬火
1080～1320
785
54～62HRC
(齿面)
38CrMoAlA
调质-
渗氮
1000
850
＞HV850
QT500-5
常用齿轮材料的选择及其热处理工艺总结
齿轮材料的选择及其热处理工艺1、齿轮材料的选择原则齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多，下述几点可供选择材料时参考：1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。
例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择机械性能高的合金银；矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，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常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。
总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。
2）应考虑齿轮尺寸的大小、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。
中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。
尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。
齿轮表面硬化的方法有：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含金钢作齿轮材料；氨化钢和调质钢能采用氮化工艺；采用表面淬火时，对材料没有特别的要求。
3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。
4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。
5）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。
6）金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为30〜50HBS或更多。
当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差（如小齿轮齿面为淬火并磨制，大齿轮齿面为常化或调质）；且速度又较高时，较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面会起较显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的疲劳极限。
因此，当配对的两齿轮齿面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％，但应注意硬度高的齿面，粗糙度值也要相应地减小。
齿轮的材料和许用应力
S F lim = 1.5
[σ F1] = σ F lim1 SF lim1 = 588 1.5 = 470.4MPa
[σ F 2 ] = σ F lim2 SF lim2 = 451.4 1.5 = 300.93MPa
4、按轮齿弯曲强度设计模数
2KT YFS 1 m≥ 3 ⋅ (mm) 2 ψd z1 [σ F ]
5、确定齿轮的主要参数及几何尺寸
小齿轮的分度圆直径
d1 = mZ1 = 2.5× 28 = 70mm
大齿轮的分度圆直径 d2 = mZ2 = 2.5×145 = 362.5mm 大齿轮齿宽 小齿轮齿宽
b2 = φd ⋅ d1 = 0.5×70 = 35mm
b1 = b + 5 = 35 + 5 = 40mm
式中： 式中：载荷系数
K = KAKV Kβ
取：KA=1.25（表12-8） =1.25（ 12KV =1.2 Kβ=1.12（图12-26） =1.12（ 12-26） 代入数值： 代入数值： K=1.25×1.2×1.12=1.68 =1.25×1.2×
考虑应力影响系数
由于两个齿轮的齿数和材料不同， 由于两个齿轮的齿数和材料不同，为使两齿 轮的弯曲强度都能满足，需将Y /[σ 轮的弯曲强度都能满足，需将YFS1/[σF1]和 /[σ 中的较大值代入式中. YFS2/[σF2]中的较大值代入式中.
许用弯曲应力： 许用弯曲应力：
[σ F ] = σ F lim S F lim
σ F lim1 = 0.8HBS + 380 = 0.8× 260 + 380 = 588MPa
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
σ F lim2 = 0.7HBS + 275 = 0.7× 252 + 275 = 451.4MPa
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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高速、中载而冲击较小的齿轮
500
241～286HBS 低中速、中载的重要齿轮
48～55HRC (齿面)
高速、中载、无剧烈冲击的齿轮
550
217～269HBS 低中速、中载的重要齿轮
45～55HRC (齿面)
高速、中载、无剧烈冲击的齿轮
56～62HRC
400
(齿面)
56～62HRC
850
(齿面)
高速、中载、并承受冲击的重要齿轮
HT350
350
QT500-5
500
QT600-2
正火
600
QT700-2
700
布基酚醛层压板
100
MC 尼龙
90
179～269HBS
320
170～230HBS
370
190～270HBS 低中速、轻载、有冲击的齿轮
420
225～305HBS
30～50HBS 21HBS
高速、轻载、要求声响小的齿轮
.
注：1. 我国已成功地研制出许多低合金高强度的合金，在使用时应注意选用。40MnB、 40MnVB 可替代 40Cr；20Mn2B、20MnVB 可替代 20Cr、20CrMnTi。
材料牌号
45
40Cr
38SiMnMo 20Cr
20CrMnTi 16MnCr5 17CrNiMo6 38CrMoAlA ZG310-570 ZG340-640
HT250
热处理 方法
正火 调质 调质表面淬火 调质 调质表面淬火 调质 调质表面淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 调质渗氮
正火
齿轮常用材料的机械性能和应用范围
强度极限
σB(MPa)
580 640
700
700
650 1100 780～1080 1080～1320 1000
机械性能
屈服极限
σS(MPa)
硬度 HBS、HRC 或 HV
应用范围
290
162～217HBS 低中速、中载的非重要齿轮
350
217～255HBS 低中速、中载的重要齿轮
40～50HRC (齿面)
2.表中的速度界限是：当齿轮的圆周速度 υ＜3m/s 时称为低速；υ＜6m/s 时称为低中速；υ=3～15m/s 时，称为中速； υ＞15m/s 时称为高速。
54～62HRC
590
(齿载荷平稳、和润滑良好的
850
＞HV850
传动
570
310
163～197HBS
低中速、中载的大直径齿轮
640
340
179～207HBS
250
170～240HBS
HT300
人工时效
300
187～255HBS 低中速、轻载、冲击较小的齿轮