齿轮材料及热处理.docx
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1、齿轮热处理齿轮热处理实例一、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,HB200-2503. 条件: 低速、中载,如标准系列减速器齿轮要求: 45 40Cr 40MnB (5042MnVB) 调质,HB220-2504. 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
2、火,低温回火,时效,H RC50-556. 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,HRC56-62.38CrAl 38CrMoAl渗氮,渗氮深度 0.5mm,HV9009. 条件: 高速、中载,无猛烈冲击
3、,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
4、+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,HRC56-6213. 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
5、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 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
6、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/mm2. (2).中速:转速 2-6m/s,单位压力 100-1000N/mm2,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/mm2. 2.机床常用齿轮材料及热处理:(1).45 淬火,高温回火,HB200-
7、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
8、(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
9、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.轴类热处理实例一、工作条件以及材料与热处理要求1.条件:在滑动轴承中工作, 周2m/S, 要求表面有较高在硬度的小轴,心轴. 如机床走刀箱、变速箱小轴.要求: 45、50,形状复杂的轴用 40Cr、42MnVB.调质,HB228-255,轴颈处高频淬火,HRC45-502. 条件:
10、在滑动轴承中工作, 周3m/S, 要求硬度高、变形小,如中间带传动装置的小轴要求: 40Cr、42MnVB 调质,HB228-255,轴颈高频淬火,HRC45-50.3. 条件: 周 2m/S,大的弯曲载荷及摩擦条件下的小轴,如机床变速箱小轴。要求: 15、20、20Cr、20MnVB 渗碳,淬火,低温回火,HRC58-62.4. 条件: 高载荷的花键轴,要求高强度和耐磨,变形小. 要求: 45 高频加热,水冷,低温回火,HRC52-58.5. 条件: 在滚动或滑动轴承中工作,轻或中等负荷,低速,精度要求不高, 稍有冲击,疲劳负荷可忽咯的主轴,或在滚动轴承中工作,轻载, 1m/s 的次要花键轴
11、.要求: 45 调质,HB225-255(如一般简易机床主轴)6. 条件: 在滚动或滑动轴承中工作,轻或中等负荷转速稍高. 150N.m/(cm2.s),精度要求高,冲击,疲劳负荷不大.要求: 45 正火或调质,HB228-255,轴颈或装配部位表面淬火,HRC45-50. 7.条件: 在滑动轴承中工作,中或重载,转速较高 400N.m/cm2.S, 精度较高,冲击、疲劳负荷不大.要求: 40Cr 调质,HB228-255 或 HB248-286,轴颈表面淬火,HRC54,装配部位表面淬火 HRC45.8. 条件: 其他同上,但转速与精度要求比上例高,如磨床砂轮主轴. 要求: 45Cr、42C
12、rMo 其他同上,表面硬度 HRC56.9. 条件: 在滑动或滚动轴承中工作,中载、高速、心部强度要求不高,精度不太高,冲击不大,但疲劳应力较大,如磨床,重型齿轮铣床等主轴.要求: 20Cr 渗 碳,淬火,低温回火,HRC58-62.10. 条件: 在滑动或滚动轴承中工作,重载,高速( 400N.m/cm2.s)冲击,疲劳应力都很高.要求: 18CrMnTi 20Mn2B 20CrMnMoVA 渗碳 淬火 低温回火 HRC59.11. 条件: 在滑动轴承中回转,重载,高速,精度很高0.003mm,很高疲劳应力,如高精度磨床镗床主轴.要求: 38CrAlMoA 调质 硬度 HB248-286:轴
13、颈渗氮,硬度 HV900. 12.条件: 电动机轴,主要受扭.要求: 35 及 45 正火或正火并回火,HB187 及 HB217. 13.条件: 水泵轴,要求足够抗扭强度和防腐蚀.要求: 3Cr13 及 4Cr13 1000-1050油液,硬度分别为 HRC42 及 HRC48. 14.条件: C616-416 车床主轴,45 号钢(1) 承受交变弯曲应力,扭转应力,有时还受冲击载荷.(2) 主轴大端内锥孔和锥度处圆,经常与卡盘,顶针有相对摩擦.(3) 花键部分经常磕碰或相对滑动(4)在滚动轴承中动转,中速,中载. 要求:(1) 整体调质后硬度 HB200-230,金相组织为索氏体.(2)
14、内锥孔和外圆锥面处硬度 HRC45-50,表面 3-5mm 风金相组织为屈氏体和少量回火马氏体.(3) 花键部分硬度 HRC48-53,金相组织同上15.条件: 跃进-130 型载重(2.5 吨)汽车半轴承受冲击、反复弯曲疲劳和扭转,主要瞬时超载而扭断,要求有足够的抗弯、抗扭、抗疲劳强度和较好的韧性要求: 40Cr 35CrMo 42CrMo40CrMnMo 40Cr 调质后中频表面淬火,表面硬度 HRC52,深度 4-6mm,静扭矩 6900N.m,疲劳30 万次,估计寿命30 万 km金相组织: 索氏体+屈氏体(原用调质加高频淬火寿命仅为 4 万 km) 二、备注:1.(1-8)备注:主轴
15、与轴类材料与热处理选择必须考虑受力大小、轴承类型和主轴形状及可能引起的热处理缺陷.在滚动轴承或轴颈上有轴套在滑动轴承中回转,轴颈不需特别高的硬度,可用 45、45Cr,调质,HB220-250, 50Mn,正火或调质 HRC28-35.在滑动轴承中工作的轴承应淬硬,可用 15、20Cr,渗碳,淬火,回火到硬度 HRC56-62,轴颈处渗碳深度为0.8-1mm.直径或重量较大的主轴渗碳较困难,要求变形较小时,可用 45 或 40Cr 在轴颈处作高频淬火.高精度和高转速(2000r/min)机床主轴尚须采用氮化钢进行渗氮处理,得到更高硬度.在重载下工作的 大断面主轴,可用 20SiMnVB 或 2
16、0CrMnMoVBA,渗碳,淬火,回火,HRC56-62. 2.(9)备注:内心强度不高,受力易扭曲变形表面硬度高,宜作高速低负荷主轴.热处理变形较大.3.(10)备注:心部有较高的 b 及 k 值,表面有高的硬度及耐磨性.有热处理变形.4.(11)备注:很高的心部强度,表面硬度极高,耐磨和变形量小. 5.(12)备注:860-880正火6.(13)备注:或 1Cr13 1100油淬,350-400回火,HRC56-62. 7.(14)备注:加工和热处理步骤:下料锻造正火粗加工调质半精车外圆,钻中心孔,精车外圆,铣键槽锥孔及外圆锥局部淬火,260-300回火车各空刀槽,粗磨外圆,滚铣花键槽花键
17、高频淬火,240-260加火精磨.曲类热处理实例一、工作条件:1. 内燃机曲轴: 承受周期性变化的气体压力,曲柄连杆机械的惯性力, 扭转和弯曲应力以及冲击力等.此外在高速内燃机中还存在扭转振动, 会造成很大应力.2. 要求有高强度及一定的冲击韧性、弯曲、扭转、疲劳强度,和轴颈处高的耐磨性.二、材料与热处理实例:1. 低速内燃机,采用正火状态的碳钢、球墨铸铁.2. 中速内燃机,采用调质碳钢或合金钢,如 45、40Cr、45Mn2、50Mn2 等及球墨铸铁。3. 高速内燃机,采用高强度合金钢,如 35CrMo、42CrMo、18Cr2Ni4WA 等.4. 以 110 型柴油机曲轴为例: QT60-
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