齿轮材料选用之我见

zengxiaodo

一般而言,制作齿轮的材料很多,就钢材而言,表面渗碳钢和调质钢最常用,性能也是较高档的,现代齿轮很讲究齿面的硬度,总是想方设法不采用软齿面齿轮.
' V, W: ?8 j! K. M0 ?6 N尤其是表面渗碳淬火,可以在齿面形成高硬度的表层,非常耐磨,许用接触应力也很高,与此同时,心部却仍然保持低碳马氏体组织,这种低碳马氏体具有最为优良的综合力学性能,高韧性和高强度集于一身,因此,低碳合金钢表面渗碳淬火的组织被誉为人类迄今为止发现的最为完美的金属组织.不仅最高级的齿轮、轴等采用，就是对材料最具严酷要求的轴承零件也可采用这种材料组织，而且其性能不低于高纯度高碳铬轴承钢淬火组织。
然而，表面渗碳淬火的工艺要求较高，渗碳费用较高和生产周期较长，另外，采用硬齿面齿轮以后，齿轮强度方面的主要矛盾即齿面接触强度虽然得到大幅度提高（较软齿面齿轮提高5倍以上），但是齿跟弯曲强度提高倍数却没有这么高，也就是说，主要矛盾发生了转化，如果以接触强度为主设计将导致齿跟弯曲强度的裕量不足，更为严重的是，相对而言弯曲强度的重要性比接触强度高得多，接触强度不足导致齿面点蚀最多报废齿轮箱而已，弯曲强度不足导致断齿却是极其严重的设备事故，在载人设备中（如电梯）断齿更是会发生人身伤亡事故！因此，在断齿可靠性要求高的场合中，渗碳硬齿面齿轮是否真有必要就成为了疑问。
为此，我们比较了各种钢材的力学性能，发现低碳马氏体的“屈服”强度在1000兆帕左右，而高强度弹簧钢60Si2CrVA淬火回火后形成屈氏体组织后其屈服强度可达1600兆帕，也有很好的弹性、韧性和极好的疲劳性能，这种性能正好可以满足齿轮对于弯曲强度的要求，而且，其硬度也达到HRC48~52，虽比渗碳硬齿面HRC55～62低，但比中硬齿面HRC40～50高，因此也有满意的接触疲劳强度。这样的材料配置就平衡了齿轮接触强度和弯曲强度的矛盾。
* m" g' A, v0 s3 X7 {( `上述材料及其热处理费用比渗碳淬火齿轮要低，也不高于调质齿轮，因此我们认为是一个值得推广的方案。另外，为了进一步增加齿面硬度，可以采用简单的齿面硬化淬火技术，例如火焰淬火或者等离子弧火焰淬火，这道工序要求不高，即使表面淬火质量不高，只要不发生过烧可以说对齿轮没有什么重大影响，而其费用却极其低廉。尤其是等离子弧火焰温度高达11000～28000度，可以快速加热齿面（类似于激光表面淬火），使得奥氏体来不及长大从而形成极细的晶粒组织，操作得当可以达到HRC62以上的表面硬度，淬硬深度可达1mm以上，因此也是值得推广的工艺技术之一。

# A8 t4 f9 Y9 J3 c6 h6 s% ~9 O[ 本帖最后由 hero2006 于 2007-2-3 11:01 编辑 ]

dxp_2001

分析的好象很有道理哦

mforest

是你做的吗?这个论文是你写的吗?

zhdhappy

不错多谢多谢!

zengxiaodo

我写此文的目的是希望大家指出其缺点,最希望有行家把它驳得体无完肤!说实话,行家一眼就能看出此文是抄袭还是自己创作,因为这些内容是我所见的任何一本齿轮书籍都没有的,哪怕是提到60Si2CrVA可以用于齿轮材料.

mforest

呵呵,写的不错!楼上的兄弟,弄点实验数据出来给大家看看,分析分析你的文章期待......

FZH628

新观点，很好。希望有人尝试。给出使用结果报告。

旗舰2005

不错啊，长知识了，以前只知道须高频淬火处理

lmsppc

不错的经验

sense1982

好见解

tjxing

呵呵,外行看热闹,并不是你想象的那样!

zengxiaodo

光说几句风凉话还不如不说,这里是学术讨论的天地,即使是完全错误的观点也是会得到大家谅解和悉心指正的.

nanflin

这种材料的加工工艺性容易保证吗？

多多多

有实验对比数据吗?

qbrother

可以借鉴一下的。

saj

长见识了，实际用下来怎么样？

cdfyph

好文章!请问实际应用怎么样?

163crq

选用低碳钢渗碳淬火在热处理变形方面很有优势

zengxiaodo

选用这种材料，其工艺性也很好：
7 j* ^- o3 B3 \" h3 i5 f* w) D+ \第一种（准硬齿面>HRC50，有最高的断齿可靠性）：
- o8 Q  o& ?: i+ a9 t* u锻造－－正火－－滚齿－－等温淬火（300度，45分钟）－－磨齿
第二种（硬齿面>HRC60，有最小的体积和重量） ：
锻造－－正火－－滚齿－－淬火－－450度回火－－粗磨－－离子氮化（层深大于0.6毫米）－－精磨齿
9 a/ o; E2 M8 I3 U

[此贴子已经被作者于2005-8-14 10:21:29编辑过]

( b* L3 b0 d* [/ z

hero2006

好文章!请问实际应用怎么样?

wlchen007

1.强度方面你能满足，但我们在齿轮热处理时，需要考虑齿轮材料的衰减性，因为这也是降噪的方法之一
2.未能提供具体实验数据，最好用事实说话。齿轮材料的采用是经过多方实践得出的。
& l% W0 G1 D% U" V+ F3.各热处理之间的关系。

zengxiaodong

采用离子氮化的工艺后，无论接触强度还是弯曲强度，均高于低碳合金钢渗碳淬火材料。
1 D4 I8 J1 n, O) d
0 J) i* m' @% E5 N. H' I氮化后表面硬度高于HRC60，残余压应力达到500兆帕，因此弯曲疲劳强度也高于渗碳淬火组织。

0 k3 Y$ ?5 ^: \# M8 I经过300万次弯曲疲劳试验和5000万次接触疲劳试验，证明了上述分析的正确性。

ll315

哎,我是外行,支持原创.不过,我还是选常见的材料.

hammer

请楼主帮忙选材及热处理方法：
  输入功率1400W电机轴，模数1.25，齿数5齿，螺旋角20度，变位系数+0.6，与之相配的齿轮为27齿，做100小时负载试验（纯负载时间为45小时，其余为空载及休息时间）时一般做到50小时时电机轴齿磨光。目前采用的电机轴材料及热处理为：20CrMnTi，碳氮共渗0.5-0.7，硬度>680HV。此问题一直得不到解决。
  不知楼主是否有高见？