齿轮选材与热处理

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。

车床主轴箱齿轮的选材与热处理一、车床主轴箱齿轮图如下：二、车床主轴箱齿轮的工作条件：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。

三、车床主轴箱齿轮材料的性能及选择：首先分析一下车床主轴箱齿轮材料的力学性能要求；为了满足齿轮的工作的条件，防止出现疲劳、磨损以及断裂等情况的出现，需要求齿轮必须有较高的硬度及好的耐磨性，齿面有较高的疲劳强度，齿轮心部要有足够的强度和韧度，通常情况下要求齿轮心部的硬度达170-217HB齿面硬度达45-50HRC。

根据对齿轮力学性能的要求，应从具有好的综合性能指标这个要素选材，工业生产中常用的金属材料主要是钢、铸铁及合金。

其中铸铁的含碳量较高，因此其硬度和耐磨性都较好。

但有一点，其塑性、韧性都较差，不过价格较便宜，对于一些低速、低冲击载荷条件下工作的齿轮可用铸铁；若用钢材制作齿轮则需考虑钢的含碳量，低碳钢的含碳量小于等于0.25%，含碳量较低，因此塑性、韧性较好，强度、硬度较低，很容易变形，不适合做齿轮；高碳钢的含碳量在0.60%~2.11%之间，含碳量较高，所以其强度、硬度及耐磨性都较好，但塑性、韧性差易断裂，也不适合做齿轮；中碳钢的含碳量在0.25%~0.6%,位于低碳钢与高碳钢之间，其性能也同样位于两者之间，有较好的综合性能，因此中碳钢适合做齿轮。

各类齿轮热处理要求及材质要求一、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:HT200HT250HT300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,HB200-2503.条件:低速、中载,如标准系列减速器齿轮要求:4540Cr40MnB(5042MnVB)调质,HB220-250Y4.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HRC40-455.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,HRC50-556.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,HRC56-62.38CrAl38CrMoAl渗氮,渗氮深度0.5mm,HV9009.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,HRC56-6213.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,15.条件:低速、载荷不大,精密传动齿轮.要求:35CrMO淬火,低温回火,HRC45-5016.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。

齿轮对材料和热处理的要求1、齿轮工作时的受力状况齿轮传动可做成开式、半开式和闭式三种。

开式齿轮传动：齿轮完全外露，易落入灰砂和杂物，不能保证良好的润滑，轮齿易磨损，多用于低速、不重要的场合。

（1）半开式齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，这样比开式传动润滑好些，但仍不能严密防止灰砂及杂物的侵入。

（2）闭式齿轮传动齿轮和轴承完全封闭在箱体内，能保证良好的润滑和较好的啮合精度，应用广泛。

齿轮是用于传递动力，改变运动速度或运动方向的零件。

两齿面在相对运动中既有滚动，又有滑动。

齿轮表面受到脉动接触应力和摩擦力的双重作用。

齿根部受到脉动弯曲应力的作用。

所以，齿面和齿根在上述不同应力作用下导致不同的失效形式。

齿轮所受应力主要有摩擦力、接触应力，弯曲应力和起动、变速换挡时的冲击力。

2、齿轮传动的功能要求（1）能传递两个平行轴、相交轴或交错轴间的回转运动和转矩。

（2）保证传动比恒定不变。

（3）能传递足够大的动力，工作可靠。

（4）保证较高的运动精度。

（5）能达到预定的工作寿命。

只要齿轮设计合理，制造质量高，达到规定的制造精度，就能达到预期的功能要求。

3、选材和热处理要求（1）保证齿轮有高的抗弯曲疲劳性能①足够的抗弯强度：齿轮用钢合金化体系的构成应当与各种齿轮心部的冷却速度相匹配；保证各种齿轮都能有理想的心部硬度。

①低的含氧量（脆性夹渣物）：疲劳裂纹源数量少。

①齿轮心部的塑韧性高，缺口敏感性低：疲劳裂纹扩张速度慢。

（2）保证齿轮有高的接触疲劳性能①齿轮热处理后渗层的非马氏体组织含量不高。

①齿轮用钢合金化体系的构成应当与各种齿轮渗层的冷却速度相匹配；保证各种齿轮热处理后渗层的残留奥氏体含量适中。

①齿轮热处理后渗层的马氏体组织细小。

①齿轮热处理后渗层的碳化物弥散分布或没有碳化物游离析出。

（3）保证齿轮的加工精度①齿轮的热处理变形波动幅度小：变形对钢的成分波动和齿轮热处理冷速的波动敏感度不高。

①齿轮热处理变形量小。

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。

齿轮的材料及热处理齿轮的材料渗碳硬化钢这是指低碳合金钢。

含碳量为 0.15% ∼ 0.20% 的钢中添加了 Ni，Cr，Mo，Mn 等元素，通过渗碳淬火处理提高表面硬度后使用。

在日本，一般使用的材料如下表所示。

铝青铜铸造合金青铜铸造合金机械结构用碳素钢钢材最为普及的材料，亦是本公司使用最多的材料。

可以施加高频淬火处理。

铬钼钢钢材经过淬火，回火，高频淬火后使用。

淬火对轮齿表面进行硬化处理以提高轮齿强度。

方法有很多，具有代表性的有以下几种。

渗碳淬火渗碳 => 淬火 => 洗净 => 回火 => 喷砂处理 => 检查【方法】一般使用碳酸气进行气体渗碳。

- 表面硬度⋯⋯⋯ 55 - 60HRC- 硬化深度⋯⋯⋯ 1.0 ㎜左右（使用负载越大，硬化层就需越深）低碳合金钢在渗碳环境中加热到转变点以上并保持这个温度，碳素从表面渗入。

碳素渗入后，与 S45C 等在同等条件下进行淬火处理，表面硬度提高。

【特点】由表面到中心部，硬度由硬到软连续变化，所以表面硬而内部富有韧性。

材料一般使用 SCM415 等。

左图 / 渗碳淬火炉右图 / 齿轮的淬火层高频淬火【方法】调质材 => 淬火 => 回火【特点】只有被感应圈所加热的周围产生硬化。

根据形状使用各种不同的感应器，不熟悉的话，会产生裂纹及翘曲变形。

为了防止淬火裂纹，使用含硫，含磷量少的材料。

通常，含碳量在 0.55% 以下的材料产生淬火裂纹的可能性比较小。

材料牌号有 S45C，SCM440 等等。

左图 / 淬火设备右图 / 回火炉。

齿轮的材料及热处理机械，机器，日用品，玩具等领域中广泛使用的齿轮，其材料也是各种各样。

在这里，我们将向您介绍具有代表性的齿轮用金属材料及其热处理方法。

具有代表性的齿轮材料：S45C（机械构造用碳素钢）S45C 是含碳量为 0.45% 的中碳钢（Steel）的代表。

因为进货非常容易，直齿轮，斜齿齿轮，齿条，伞形齿轮，蜗杆等各种齿轮多使用这种材料。

一般热处理及硬度SCM440（铬钼合金钢）含碳量 C = 0.40%, 成份中含有铬 / 钼等成分的中碳合金钢。

比 S45C 的强度高，通过调质或高频淬火处理可提高硬度。

用来制造各种不同的齿轮。

一般热处理及硬度SCM415（铬钼合金钢）低碳合金钢（C = 0.15%）的代表材料。

一般情况下，经渗碳淬火处理后使用。

材料热处理后的强度高于 S45C 及 SCM440。

使用表面硬度在 55 ∼60HRC 左右。

SUS303（不锈钢：18Cr-8Ni 钢）不锈钢，正如其名是不容易生锈的钢（Stainless Steel ）。

奥氏体系的不锈钢基本上为非磁性。

不锈钢材的齿轮主要使用在食品机械等需要避免生锈的机械中。

与 SUS303 的成分相似的不锈钢材料还有 SUS304。

它的耐蚀性能高于SUS303。

铸造铜合金铸造铜合金是制造蜗轮的主要材料。

一般有铸造磷青铜（CAC502）铝青铜（CAC702）等。

啮合对手的蜗杆的材料大多使用S45C/SCM440/SCM415 等钢材。

蜗杆与蜗轮使用不同材料是为了防止蜗杆蜗轮啮合时由于滑动而引起的齿面胶合及过度磨损等。

6-2 具有代表性的热处理什么是淬火？为了提高钢材的硬度，将材料加热到高温（约 800℃）后快速冷却。

根据冷却介质，分为油冷 / 水冷 / 喷射冷却等不同种类。

淬火后的钢材过脆，为了增加钢材的韧性，一般需要再进行回火处理。

纯铁即使经过淬火处理也不会变硬。

钢材的含碳量在 0.35% 以上的话，淬火硬化可能。

什么是调质处理？调质处理是将淬火及高温回火相结合，调整钢材 ( 钢件 ) 硬度 / 强度 / 靭性的热处理。

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。

常用铸造齿轮材料及其热处理工艺方法铸造齿轮因其加工性能好、耐磨性高、噪声低及成本低等优点，在机械制造行业得到广泛应用。

常用铸造齿轮材料主要包括铸铁及铸钢。

常用齿轮铸铁材料是灰铸铁和球墨铸铁，因铸铁中存在游离石墨和多孔性结构，故齿轮的耐磨性良好、噪声小。

与铸铁齿轮材料相比，铸钢材料具有较高强度、硬度和耐磨性能，可用于负荷较大的大型齿轮。

一、铸铁齿轮材料及其热处理铸铁齿轮常用材料为灰铸铁及球墨铸铁。

1.齿轮用灰铸铁灰铸铁抗拉强度低，脆性较高，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、缺口敏感性小、减振性及成本低特点，可用于低速、载荷不大的开式齿轮传动。

（1）齿轮用灰铸铁的牌号及力学性能齿轮用灰铸铁的牌号及抗拉强度见表1。

（2）灰铸铁齿轮表面硬度和耐磨性灰铸铁表面热处理前最好先正火处理。

表面热处理，如高中频感应淬火及化学热处理等，其中高中频感应淬火应用最多。

高中频感应淬火温度通常采用850~950℃加热淬火，由于铸铁导热性差，因此加热速度不易太快，单位功率要比同样的钢件小一些。

否则，会产生裂纹和熔化现象。

铸铁经高频感应加热后，淬火冷却介质一般采用水、PAG进行冷却。

回火温度一般在200~400℃，铸铁齿轮经淬火、回火后硬度为40~50HRC。

灰铸铁齿轮金相检验执行GB/T7216《灰铸铁金相检验》标准。

2.齿轮用球墨铸铁球墨铸铁的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。

齿轮制造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。

（1）球墨铸铁牌号、基体组织、力学性能及其各热处理状态下的力学性能球墨铸铁牌号、基体组织、力学性能见表2。

（2）球墨铸铁热处理铸造齿轮毛坯的预处理一般采用退火、正火，也可进行正火+回火，或调质处理。

球墨铸铁齿轮的常用热处理工艺见表3。

（3）球墨铸铁金相检验执行GB/T9441《球墨铸铁金相检验》标准。

汽车齿轮材料的选择及其热处理工艺汽车齿轮作为汽车传动系统中的重要部件，其材料的选择和热处理工艺对于汽车性能的提升和使用寿命的延长起着关键作用。

本文将从材料选择和热处理工艺两个方面进行探讨。

材料选择是汽车齿轮设计的首要考虑因素之一。

齿轮材料需要具备较高的强度、硬度和耐磨性，以承受汽车传动系统中的高载荷和高速运动。

目前常用的齿轮材料主要包括合金钢、碳钢和铸铁等。

合金钢是一种优质的齿轮材料，具有较高的强度和硬度，能够承受较大的载荷和磨损。

同时，合金钢还具有较好的韧性和耐疲劳性能，能够在长期高速运动下保持稳定的使用性能。

然而，合金钢的制造成本较高，加工难度较大，需要经过精密的热处理工艺才能达到理想的性能。

碳钢是一种常用的齿轮材料，具有较高的强度和硬度，并且制造成本相对较低。

碳钢齿轮需要经过热处理工艺，以提高其硬度和耐磨性。

常用的热处理工艺包括淬火和回火。

淬火可以使碳钢齿轮获得较高的硬度，但韧性相对较差，容易产生脆性断裂。

回火可以提高碳钢齿轮的韧性和耐疲劳性能，但硬度相对降低。

因此，根据齿轮的具体工作条件和要求，选取合适的热处理工艺非常重要。

铸铁是一种经济实用的齿轮材料，广泛应用于汽车传动系统中。

铸铁齿轮具有良好的耐磨性和降噪性能，适用于低速和中速传动。

然而，铸铁齿轮的强度和韧性相对较低，容易产生断裂和疲劳损伤。

因此，在设计铸铁齿轮时，需要考虑到其工作条件和要求，合理选择材料和热处理工艺。

热处理工艺对齿轮材料的性能提升至关重要。

在热处理过程中，通过控制加热温度、保温时间和冷却速率等参数，使材料的组织结构发生变化，从而改善其机械性能和耐磨性。

常用的热处理工艺包括淬火、回火、表面渗碳和氮化等。

淬火是一种常用的热处理工艺，通过快速冷却使材料达到高硬度和高强度。

淬火后的材料具有较高的耐磨性和抗断裂能力，适用于高速传动。

然而，淬火过程中容易产生应力集中和变形问题，需要进行适当的回火处理以提高韧性。

回火是一种常用的热处理工艺，通过加热材料至适当温度并保温一段时间后，再进行适当冷却。

航空齿轮的选择和热处理方法
1、选材方法
航空齿轮是用以传递动力和改变运行速度的，对齿轮的要求是齿面应耐磨损，抗接触疲劳强高，而齿根应抗弯曲疲劳破坏。

航空上常用ｗ（Ｃ）为０.１０％～０.２０％的高淬透性钢，渗碳后进淬火、低温回火使用。

渗碳层深度可取模数的１５％～２０％，或取节圆处齿厚的１０％～２０％。

航齿轮加工工艺路线：
（1）锻件毛坯→正火或调质→机械加工→渗碳及淬火→低温回火→机械加工至成品。

（2）锻件毛坯→正火或调质→机械加工→镀铜（非渗碳表面）→渗碳→除铜→淬火→低温火→机械加工至成品。

（3）锻件毛坯→正火或调质→机械加工→渗碳→机械加工→淬火→低温回火→机械加工成品。

（4）锻件毛坯→正火＋调质→机械加工→镀锡或镀铜→渗氮→机械加工至成品。

航空齿轮常用材料及技术要求见表1。

表1. 航空齿轮常用材料及技术要求
2、航空齿轮热处理方法
（1）１５ＣｒＡ渗碳、二次淬火、低温回火。

（2）１２ＣｒＮｉ３Ａ渗碳、二次淬火、低温回火。

（3）１２Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ渗碳、二次淬火、低温回火。

（4）１４ＣｒＭｎＳｉＮｉ２ＭｏＡ渗碳、淬火、低温回火。

（5）１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ渗碳、淬火、低温回火。

（6）３８ＣｒＭｏＡｌＡ正火、调质，渗氮。

设计者应该注意：齿轮图样上应该有最终表面硬度、心部硬度、有效硬化层深、至心部硬度降、表面碳（氮）浓度，金相组织中有渗层碳化物级别、马氏体和残留奥氏体级别，硬化层和半硬化层占整个硬化层的比例。

还应该有预备热处理的表面硬度、金相组织、晶粒度等。