齿轮材料及硬度
齿轮材料的选择原则是什么
齿轮材料的选择原则齿轮的材料及其选择原则由轮齿的失效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断能力。
因此，对齿轮材料性能的基本要求为齿面要硬、齿芯要韧。
(一)常用的齿轮材料1(钢钢材的韧性好，耐冲击，还可通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面的硬度，故最适于用来制造齿轮。
(1)锻钢除尺寸过大或者是结构形状复杂只宜铸造者外，一般都用锻钢制造齿轮，常用的是含碳量在0. 15%~0.6%的碳钢或合金钢。
制造齿轮的锻钢可分为:1)经热处理后切齿的齿轮所用的锻钢。
、对于强度、速度及精度都要求不高的齿轮，应采用软齿面(硬度?350 HBS)以便于切齿，并使刀具不致迅速磨损变钝。
因此，应将齿轮毛坯经过常化(正火)或调质处理后切齿。
切制后即为成品。
其精度一般为8级，精切时可达7级。
这类齿轮制造简便、经济、生产率高。
2)需进行精加工的齿轮所用的锻钢。
高速、重载及精密机器(如精密机床、航空发动机)所用的主要齿轮传动，除要求材料性能优良，轮齿具有高强度及齿面具有高硬度(如58~ 65 HRC)外，还应进行磨齿等精加工。
需精加工的齿轮目前多是先切齿，再做表面硬化处理，最后进行精加工，精度可达5级或4级。
这类齿轮精度高，价格较贵，所用热处理方法有表面淬火、渗碳、氮化、软氮化及氰化等。
所用材料视具体要求及热处理方法而定。
合金钢材根据所含金属的成分及性能，可分别使材料的韧性、耐冲击、耐磨及抗胶合的性能等获得提高，也可通过热处理或化学热处理改善材料的力学性能及提高齿面的硬度。
所以对于既是高速、重载，又要求尺寸小、质量小的航空用齿轮，就都用性能优良的合金钢(如20CrMnTi、20Cr2Ni4A等)来制造。
由于硬齿面齿轮具有力学性能高、结构尺寸小等优点，因而一些工业发达的国家在一般机械中也普遍采用了中、硬齿面的齿轮传动。
(2)铸钢铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及常化处理，必要时也可进行调质。
齿轮硬度要求
齿轮硬度要求 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】二、典型零部件选材及工艺分析金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料是目前的主要工程材料。
高分子材料的强度、刚度较低、易老化，一般不能用于制作承受载荷较大的机械零件。
但其减振性好，耐磨性较好，适于制作受力小、减振、耐磨、密封零件，如轻载齿轮、轮胎等。
陶瓷材料硬而脆，一般也不能用于制作重要的受力零部件。
但其具有高熔点、高硬度、耐蚀性好、红硬性高等特点，可用于制作高温下工作的零部件、耐磨耐蚀零部件及切削刀具等。
复合材料克服了高分子材料和陶瓷材料的不足，具有高比强度、高减振性、高抗疲劳能力、高耐磨性等优异性能，是一种很有发展前途的工程材料。
与以上三类工程材料相比，金属材料具有优良的使用性能和工艺性能，储藏量大，生产成本比较低、广泛用于制作各种重要的机械零件和工程构件，是机械工业中最主要、应用最广泛的一类工程结构材料。
下面介绍几种钢制零部件的选材及热处理工艺分析。
㈠齿轮类零件的选材齿轮是机械工业中应用广泛的重要零件之一，主要用于传递动力、调节速度或方向。
1、齿轮的工作条件、主要失效形式及对性能的要求。
⑴齿轮的工作条件：①啮合齿表面承受较大的既有滚动又有滑动的强烈磨擦和接触疲劳压应力。
②传递动力时，轮齿类似于悬臂梁，轮齿根部承受较大的弯曲疲劳应力。
③换挡、启动、制动或啮合不均匀时，承受冲击载荷。
⑵齿轮的主要失效形式：①断齿：除因过载（主要是冲击载荷过大）产生断齿外，大多数情况下的断齿，是由于传递动力时，在齿根部产生的弯曲疲劳应力造成的。
②齿面磨损：由于齿面接触区的磨擦，使齿厚变小、齿隙加大。
③接触疲劳；在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，遂渐剥落，形成麻点。
⑶对齿轮材料的性能要求：①高的弯曲疲劳强度；②高的耐磨性和接触疲劳强度；③轮齿心部要有足够的强度和韧性。
2、典型齿轮的选材⑴机床齿轮机床齿轮的选材是依其工作条件（园周速度、载荷性质与大小、精度要求等）而定的。
齿轮的常用材料及选用
齿轮的常用材料及选用
1. 常用的齿轮材料
常用的齿轮材料有锻钢、铸钢、铸铁及非金属材料或 其他材料。齿轮的材料一般采用锻钢，大直径齿轮（齿顶 圆直径大于400 mm）不宜锻造，可采用铸钢或铸铁。
（1）锻钢。碳素结构钢和合金结构钢是制造齿轮最 常用的材料。齿轮毛坯经锻造后，钢的强度高、韧性好， 并可用多种热处理方法改善其力学性能。因此，重要齿轮 均采用锻钢。
齿轮的常用材料及选用
2. 齿轮材料选择的原则
齿轮材料的种类很多，选择时应参考下述原则： （1）齿轮的材料必须满足工作条件，如飞行器上的齿轮选用合金 钢、矿山机械中的齿轮一般选用铸钢或铸铁、办公机械的齿轮常选用工 程塑料等。 （2）考虑齿轮的尺寸大小、毛坯成形方法和制造工艺。大尺寸齿 轮一般选用铸钢或铸铁材料；中等尺寸齿轮选用锻钢材料；小尺寸齿轮 选用圆钢材料。 （3）高速、重载、冲击载荷下工作的齿轮常选用合金钢。 （4）尽量选择物美价廉的材料，合金钢价格高，应合理使用。
齿轮的常用材料及选用
为了防止齿轮的失效，选用齿轮材料及热 处理工艺时，应使齿面具有足够的硬度和耐磨 性，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合和塑性变形， 在变载荷和冲击载荷作用下应具有足够的弯曲 疲劳强度，以抵抗齿根疲劳折断。因此，对齿 轮材料的基本要求是齿面要硬、齿心要韧，并 具有良好的工艺性和热处理性能。
齿轮的常用材料及选用
在选取齿轮材料和热处理工艺时，还应考虑齿轮正确 的材料搭配和轮齿硬度的组合。一对啮合传动的齿轮，由 于小齿轮的齿数少，齿根较薄，受载次数多，故其轮齿的 磨损大，疲劳强度低。为使大小两齿轮工作寿命相当，小 齿轮应比大齿轮选用较好一点的材料。在设计传递动力的 齿轮时，常把小齿轮的齿面硬度选得比大齿轮高出30～ 50 HBS甚至更多，传动比越大，硬度的差值也应越大。
表13-1 常用齿轮材料
表13-1 常用齿轮材料、轮齿硬度和应用 材料 牌号 35 45 优质碳素钢 50 35 45 35SiMn 合金钢 35SiMnMo 40Cr 优质碳素钢 35 45 40Cr 20Cr 合金钢 20CrMnMo 20CrMnTi 38CrMoAlA ZG45 铸钢 ZG55 ZG35SiMn ZG35SiMn 球墨铸铁 灰 铸 铁 QT500-5 QT600-2 HT250 调 质 正 火 氮 化 229 163~197 179~207 163~217 197~248 147~241 229~302 170~241 标准系列减速器的大齿轮 可用来代替铸钢 低速中载、不受冲击的载荷 。如机床操纵机构的齿轮 重型机械中的低速齿轮 渗碳淬火 回 火 表面淬火 调 质 正 火 热处理方法 硬度 齿芯（HB) 150~180 162~217 180~220 180~210 217~255 217~269 217~269 241~286 180~210 217~255 241~286 HRC28~33 40~45 40~50 48~55 56~62 56~62 56~62 大于65 高速中载、无剧烈冲击的齿 轮。如机床变速箱中的齿轮 高速中载、承受冲击载荷的 齿轮。如汽车、拖拉机中的 重要齿轮 载荷平稳、润滑良好的齿轮 中、低速、中载的齿轮。如 通用减速器和机床中一般传 动的齿轮 齿面(HRC) 低速轻载的齿轮或中速中载 的大齿轮 应用举例
材料为20CrMnTi的齿轮与材料为40Cr的齿轮的区别
材料为20CrMnTi的齿轮与材料为40Cr的齿轮的区别
20CrMnTi属低碳合金钢，20CrMnTi材料的齿轮整体淬火是达不到HRC58-62的，一般该料加工齿轮的工艺是棒料锻造，然后利用锻造余热正火，或重新加热调质，硬度在HRC22-26之间，以利于切削加工，加工后再渗碳淬火，硬度可达HRC58-62，因渗碳淬火变形大，硬度高，必须磨齿达到加工精度。
表面渗碳淬火的好处很明显，一是增加齿面硬度以提高接触疲劳强度，且可以形成仿形硬度层，力学性能均匀，但是要控制渗碳深度，因为齿小很容易全齿渗碳，再一淬火整个齿硬而脆易崩齿；二是渗碳淬火组织会产生表面压应力，进一步提高齿轮的强度。
具体渗碳层与模数有一定的关系，可以参照机械设计手册。
20CrMnTi渗碳淬火，比40Cr调制具有更高的内部韧性，相比来说对于更好的防治齿根断裂的情况。
20CrMnTi渗碳淬火，硬度可达到HRC58-62心部硬度达到HB220-260，而40Cr齿面高频淬火最多表面硬度达到HRC45-52，所以20CrMnTi综合性能更强，更适合在高速情况下工作。
当然断齿也有可能跟加工或安装过程中的失误有关系，建议用红丹粉来检测下齿轮啮合的面积，以及改善齿轮啮合处的润滑环境，可否采用电磁润滑泵进行滴油润滑。
齿轮一般用什么材料
齿轮一般用什么材料齿轮作为机械传动装置中的重要部件，其材料选择对于其性能和使用寿命起着至关重要的作用。
那么，齿轮一般使用什么材料呢？这个问题涉及到材料的力学性能、耐磨性能、疲劳性能等多个方面，下面我们就来详细探讨一下。
首先，齿轮的材料应具有较高的硬度和强度，以保证其在传动过程中不易变形或破裂。
常见的齿轮材料有钢、铸铁和塑料等。
其中，钢材是最常用的齿轮材料之一，因为钢材具有优良的机械性能，能够承受较大的载荷和冲击。
而且，钢材还具有较高的硬度和耐磨性，能够保证齿轮在长时间的使用中不易磨损，从而延长了齿轮的使用寿命。
其次，齿轮的材料还应具有良好的疲劳性能，以保证其在长时间高速运转下不易发生疲劳断裂。
钢材由于其较高的强度和韧性，能够满足这一要求。
此外，对于一些特殊的工作环境，如高温、腐蚀等，还需要选择具有耐高温、耐腐蚀性能的特殊材料，以保证齿轮在这些恶劣条件下能够正常工作。
另外，对于一些要求传动平稳、噪音小的场合，还需要选择具有良好减震性能的材料，以保证齿轮传动时不会产生过大的振动和噪音。
这时，一些高分子材料如尼龙、聚酰亚胺等就成为了不错的选择。
总的来说，齿轮的材料选择应根据具体的工作条件和要求来确定。
一般情况下，钢材是最常用的齿轮材料，因为它具有较高的硬度、强度和耐磨性，能够满足大多数工作条件下的要求。
但在一些特殊的工作环境下，还需要选择具有特殊性能的材料，以保证齿轮的正常工作。
因此，在实际应用中，应该根据具体的情况来进行材料选择，以保证齿轮的性能和使用寿命。
综上所述，齿轮一般使用钢材、铸铁和塑料等材料。
其中，钢材是最常用的齿轮材料，因为它具有较高的硬度、强度和耐磨性，能够满足大多数工作条件下的要求。
但在一些特殊的工作环境下，还需要选择具有特殊性能的材料，以保证齿轮的正常工作。
因此，在实际应用中，应该根据具体的情况来进行材料选择，以保证齿轮的性能和使用寿命。
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
齿轮用什么材料最好
齿轮用什么材料最好首先，我们需要考虑齿轮材料的机械性能。
齿轮在传动过程中需要承受较大的载荷，因此材料的强度是非常重要的。
常见的齿轮材料包括钢、铝合金、铜合金等。
钢材具有较高的强度和硬度，适合用于承受较大载荷的齿轮。
铝合金轻质、耐腐蚀，在一些低载荷、高速度传动系统中有一定应用。
铜合金具有良好的耐磨性和润滑性，适合用于高速、重载齿轮传动。
其次，耐磨性也是选择齿轮材料时需要考虑的重要因素。
齿轮在工作过程中会受到摩擦和磨损，因此材料的耐磨性直接影响齿轮的使用寿命。
一般来说，硬度较高的材料具有较好的耐磨性。
因此，一些表面经过热处理或者表面喷涂的齿轮材料具有较好的耐磨性，能够延长齿轮的使用寿命。
此外，材料的加工性能也是选择齿轮材料时需要考虑的因素之一。
一些材料虽然具有良好的机械性能和耐磨性，但是加工性能较差，加工成本较高。
因此，在选择齿轮材料时，需要综合考虑材料的加工性能，以确保齿轮的加工成本和质量。
最后，环保性和成本也是选择齿轮材料时需要考虑的因素之一。
随着环保意识的增强，越来越多的企业开始注重材料的环保性能。
一些可回收利用的材料和环保型材料在齿轮制造中得到了广泛应用。
此外，成本也是一个重要的考量因素，需要在保证齿轮质量的前提下，尽量降低制造成本。
综上所述，选择齿轮材料需要综合考虑机械性能、耐磨性、加工性能、环保性和成本等多个方面。
不同的工况和要求可能需要选择不同的材料，因此在选择齿轮材料时需要根据具体情况进行综合考量，以确保齿轮具有良好的传动性能和使用寿命。
希望本文能够帮助大家更好地选择适合的齿轮材料，提高机械设备的传动效率和可靠性。
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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)齿轮ຫໍສະໝຸດ 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
低速(<0.1m/s),低载荷下工作的齿轮(如车床溜板上的齿轮)
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
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
900～950℃渗碳，降温至820～850℃淬火，180～200℃回火。
45～50HRC
高速、中等载荷，要求齿面硬度高（磨床砂轮箱齿轮）
45
860～900℃高频感应加热，水淬，180～200℃回火
52～58HRC
速度不大、中等载荷，断面较大（铣床工作台变速箱齿轮、立车齿轮）
40Cr、 42SiMn
840～860℃油淬，600～650℃回火
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
45
820～840℃水淬
500～550℃回火
200～250HRC
中速、中载荷或大载荷下工作（车床变速箱中的次要齿轮）
45
860～900℃高频感应加热，水淬，350～370℃回火
40～45HRC
速度较大或中等载荷下工作的齿轮，齿部要求较高（钻床变速箱中的次要齿轮）
45
860～900℃高频感应加热，水淬，380～320℃回火