齿轮零件的热处理

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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,HB200-250

　　
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|

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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.