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選擇齒輪材料及其熱處理時(shí),主要是根據(jù)齒輪的傳動(dòng)方式、載荷性質(zhì)與大小、傳動(dòng)速度和精度要求等工作條件,同時(shí)還要考慮,依據(jù)齒輪模數(shù)和截面尺寸提出的鋼材淬透性及齒面硬化要求、齒輪副的材料及硬度值的匹配等問題。
齒輪所用的材料各種各樣,如各種鑄鐵、鋼、粉末冶金材料、非鐵合金(如銅合金)及非金屬材料都可用來(lái)制作齒輪,其中鋼是使用較廣泛的材料,包括各種低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼和合金鋼等。
對(duì)鋼鐵材料齒輪進(jìn)行適當(dāng)熱處理(如正火與退火、整體淬火回火、調(diào)質(zhì)、滲碳、滲氮、表面淬火等),其目的是為了能夠提高鋼鐵的使用性能,充分發(fā)揮材料的能力,同時(shí)也能夠改善鋼材的切削性能,提高齒輪加工質(zhì)量,延長(zhǎng)齒輪的使用壽命。
齒輪用各類鋼鐵材料和熱處理的特點(diǎn)及適用條件如下:
一、調(diào)質(zhì)鋼
鋼號(hào):45、35SiMn、42SiMn、37SiMn2MoV、40MnB、45MnB、40Cr、45Cr、35CrMo、42CrMo等.
工藝1.調(diào)質(zhì)或正火
1)經(jīng)調(diào)質(zhì)后具有較好的強(qiáng)度和韌性,常在220~300HBW的范圍內(nèi)使用。
2)當(dāng)受刀具的限制而不能提高調(diào)質(zhì)小齒輪的硬度時(shí),為保持大小齒輪之間的硬度差,可使用正火處理的大齒輪,但強(qiáng)度較調(diào)質(zhì)者差。
3)齒面的精切齒可在熱處理后進(jìn)行,以消除熱處理畸變,保持齒輪精度。
4)不需要專門的熱處理設(shè)備和齒面精加工設(shè)備,制造成本低。
5)齒面硬度較低,易于跑合,但是不能充分發(fā)揮材料的承載能力。
適用條件:廣泛用于對(duì)強(qiáng)度和精度要求不太高的一般中低速齒輪,以及熱處理和齒面精加工比較困難的大型齒輪。
工藝2.表面淬火(感應(yīng)淬火、火焰淬火)
1)齒面硬度高,具有較強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕和耐磨損性能;心部具有較好的韌性,表面經(jīng)硬化后產(chǎn)生殘余應(yīng)力,大大提高了齒根強(qiáng)度;通常的齒面硬度范圍為:合金鋼45~55HRC,碳素鋼40~50HRC。
2)為進(jìn)一步提高心部強(qiáng)度,往往在表面淬火前先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。
3)感應(yīng)淬火時(shí)間短。
4)表面硬化層深度和硬度沿齒面不等。
5)因急速加熱和冷卻,容易淬裂。
適用條件:廣泛用于要求承載能力高、體積小的齒輪。
二、滲碳鋼
鋼號(hào):20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、20CrMo、22CrMo、20CrNiMo、18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4A等。
工藝:滲碳淬火
1)齒面硬度很高,具有很強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕和耐磨損性能;心部具有很好的韌性,表面經(jīng)硬化后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,大大提高了齒根強(qiáng)度;一般齒面硬度范圍為56~63HRC。
2)切削性能較好。
3)熱處理畸變較大,熱處理后應(yīng)磨齒,增加了加工時(shí)間和成本,但是可以獲得高的精度。
適用條件:廣泛用于要求承載能力高、耐沖擊性能好、精度高、體積小的中型以下齒輪。
三、滲氮鋼
鋼號(hào):38CrMoAlA、30CrMoSiA、25Cr2MoV等。
工藝:滲氮處理
1)可獲得很高的齒面硬度,具有較強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕和耐磨損性能;心部具有較好的韌性,為提高心部強(qiáng)度,對(duì)中碳鋼往往先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。
2)由于加熱溫度低,故熱處理畸變很小,滲氮處理后不需要磨齒。
3)硬化層很薄,故承載能力不及滲碳淬火齒輪,不宜用于有沖擊載荷的場(chǎng)合。
4)滲氮處理周期長(zhǎng),加工成本較高。
適用條件:適用于較大且較平穩(wěn)的載荷下工作的齒輪,以及沒有齒面精加工設(shè)備而又需要硬齒面的場(chǎng)合。
四、鑄鋼
鋼號(hào):ZG310-570、ZG340-640、ZG42SiMn、ZG50SiMn、ZG40Cr1、ZG35CrMnSi等。
工藝:正火或調(diào)質(zhì),以及表面淬火
1)可以制造復(fù)雜形狀的大型齒輪
2)其強(qiáng)度低于同種牌號(hào)和熱處理的調(diào)質(zhì)鋼
3)容易產(chǎn)生鑄造缺陷
適用條件:用于不能鍛造的大型齒輪。
五、鑄鐵
鋼號(hào):各種灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵等。
1)材料低廉。
2)耐磨性好。
3)可制造復(fù)雜形狀的大型齒輪。
4)有較好的鑄造和切削工藝性。
5)承載能力低
適用條件:灰鑄鐵和可鍛鑄鐵用于低速、輕載、無(wú)沖擊的齒輪;球墨鑄鐵可用于載荷和沖擊較大的齒輪。
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