《机械设计基础》课程教学资源（PPT课件）第六章 齿轮传动 6.13齿轮材料及热处理

机械设计基础CFoundationof Machine Design武汉理工大学齿轮材料及热处理主讲：罗齐汉武汉理工大学物流工程学院机械设计与制造系

齿轮材料及热处理 主讲：罗齐汉 武汉理工大学 物流工程学院 机械设计与制造系 机械设计基础 Foundation of Machine Design

一、齿轮材料1．齿轮材料的选择基本要求齿面要硬一轮齿齿面有足够的硬度和耐磨性，有利于提高齿面抗点蚀、胶合、磨损及塑性变形的能力齿心要韧一轮齿芯部有足够的抗弯曲强度及冲击韧性；齿轮加工及热处理性能好

一、齿轮材料 1. 齿轮材料的选择基本要求 ◼ 齿面要硬—轮齿齿面有足够的硬度 和耐磨性，有利于提高齿面抗点蚀 、胶合、磨损及塑性变形的能力 ◼ 齿心要韧—轮齿芯部有足够的抗弯 曲强度及冲击韧性；齿轮加工及热 处理性能好

2.常用齿轮材料中小调质钢45、锻钢渗碳钢40Cr、尺寸钢氮化钢20CrMnTi齿轮金属用于尺寸铸钢ZG310-570大齿轮铸铁HT250、QT500-5低速轻载、尺寸要求不严的开式齿轮非金属：塑料用于小功率、精度不高尼龙或要求低噪声的齿轮

2. 常用齿轮材料 调质钢45 、 锻钢 渗碳钢40Cr、 钢 氮化钢20CrMnTi 金属 铸钢ZG310-570 铸铁 HT250、QT500-5 非金属：塑料 尼龙 中小 尺寸 齿轮 用于尺寸 大齿轮 低速轻载、尺寸要求不严的开式齿轮 用于小功率、精度不高 或要求低噪声的齿轮

齿轮常用的热处理方法二、1．软齿面齿轮（硬度≤350HBS）处理方法一加热、保温、空冷齿面硬度—150～230HBS正适用钢材一中碳钢、中碳合金钢火热处应用重型、大尺寸齿轮理方处理方法一淬火后高温回火法调质齿面硬度一180～350HBS适用钢材一中碳钢、中碳合金钢应用一一中低速、中小载荷，无特殊结构要求的齿轮特点——可在热处理后进行切齿

二、 齿轮常用的热处理方法 1．软齿面齿轮（硬度≤350HBS） 处理方法 — 加热、保温、空冷 齿面硬度 — 150～230 HBS 适用钢材 — 中碳钢、中碳合金钢 应 用 —— 重型、大尺寸齿轮 处理方法 — 淬火后高温回火 齿面硬度 — 180～350 HBS 适用钢材 — 中碳钢、中碳合金钢 应 用 ——中低速、中小载荷，无特殊 结构要求的齿轮 热处 理方 法 正 火 调 质 特 点 —— 可在热处理后进行切齿

2.硬齿面齿轮（硬度>350HBS）处理方法一调质后，表面加热（高频或火焰），水冷表面淬火齿面一40～45HRC硬度芯部一调质硬度适用钢材一中碳钢、中碳合金钢应用一高速、重载，要求结构紧奏的齿轮特点一热处理后齿面将产生变形，一般都需要经过磨齿热处理方法处理方法一表面渗碳后，淬火（高频或火焰加热，水冷）渗碳淬火齿面一58~62HRC硬度芯部一低碳钢本身的硬度（低硬度）适用钢材一低碳钢、低碳合金钢应用一高速重载，有很大冲击齿轮，如汽车拖拉齿轮特点一热处理后齿面将产生变形，一般都需要磨齿

2．硬齿面齿轮（硬度>350HBS） 处理方法 —调质后，表面加热（高频或火焰），水冷 齿面— 40～45 HRC 适用钢材 — 中碳钢、中碳合金钢 应用—高速、重载，要求结构紧奏的齿轮 热 处 理 方 法 表 面 淬 火 芯部 — 调质硬度 硬 度 特点—热处理后齿面将产生变形，一般都需要经过磨齿 特点 —热处理后齿面将产生变形，一般都需要磨齿 处理方法 —表面渗碳后，淬火（高频或火焰加热，水冷） 渗 碳 淬 火 芯部 — 低碳钢本身的硬度（低硬度） 硬 齿面 — 58～62 HRC 度 适用钢材— 低碳钢、低碳合金钢 应用 — 高速重载，有很大冲击齿轮，如汽车拖拉齿轮

处理方法一用化学方法对齿面渗氮齿面硬度一大于850HV渗氮适用钢材一38CrMoA1A特点及应用一齿面硬度要求高，而又不便磨齿的齿轮，如内齿轮

处理方法 — 用化学方法对齿面渗氮 齿面硬度 — 大于850 HV 适用钢材 — 38CrMoAlA 特点及应用 —齿面硬度要求高，而又不便磨 齿的齿轮，如内齿轮 渗 氮

C齿轮常用的热处理方法二调质和正火后的齿面硬度较低(HBS≤350)，为软齿面齿轮；渗碳萍火、表面萍火、渗氮三种的齿面硬度较高，为硬齿面齿轮。软齿面工艺过程较简单，适用于一般传动。硬齿面齿轮承载能力高，但需专门设备磨齿，常用于要求结构紧凑或生产批量大的齿轮。当大小齿轮都是软齿面时，考虑到小齿轮齿根较薄，且受载次数较多，弯曲强度较低，一般应使小齿轮齿面硬度比大齿轮高20～50HBS

◼ 调质和正火后的齿面硬度较低(HBS≤350)，为 软齿面齿轮；渗碳淬火、表面淬火、渗氮三种 的齿面硬度较高，为硬齿面齿轮。 ◼ 软齿面工艺过程较简单，适用于一般传动。 ◼ 硬齿面齿轮承载能力高，但需专门设备磨齿， 常用于要求结构紧凑或生产批量大的齿轮。 ◼ 当大小齿轮都是软齿面时，考虑到小齿轮齿根 较薄，且受载次数较多，弯曲强度较低，一般 应使小齿轮齿面硬度比大齿轮高20～50HBS。 二. 齿轮常用的热处理方法

表6-5齿轮的常用材料及其机械性能V强度极限厨服极限材料牌号硬度热处理应用范围0g/MPa0./MPa正火580290169~217HBW低速轻载调质217~255HBW650360低球中载45优质碳素钢高速中载或低速750450表面痒火40~50HRC重载，冲击很小50正火180~220HBW620320低速轻载中球中载调质700550241~286HBWtoCr高速中载·无削表面痒火90065048~55HRC烈冲击调质217~269HBW高速中载，无刷合金钢425iMn750470表闻痒火45~55HRC烈冲击65020Cr渗碳泽火56~62HRC400高速中载承受冲击110085020CrMnTi碳津火56~62HRC正火160210HBWZG310~570570320表面火40~50HRC中速、中载、大铸钢直径350正火170~230HBW650ZG340~640调质240~270HBW700380QT600-2229~302HBW600低中速轻载，正火球墨铸铁QT500-5147~241HBW500有小的冲击人工时效HT200170~230HBW200低速轻载，灰铸铁HT300（低温退火）187~255HBW300冲击很小