一、引言

      齒輪作為減速機(jī)中的重要部件，其性能在很大程度上取決于所用鋼材的熱處理特性。深入了解這些特性對(duì)于設(shè)計(jì)和制造高質(zhì)量的齒輪具有重要意義。

二、齒輪用鋼的熱處理特性

（一）淬透性 指鋼接受淬火而獲得馬氏體的能力，不同鋼種接受淬火的能力不同，淬透性不同的鋼，淬火后得到的淬透層深度不同，從而沿?cái)嗝娣植嫉慕鹣嘟M織以及力學(xué)性能也不同。淬透層深度是指由淬火表面馬氏體到 50%馬氏體層的深度。全部淬透的工件通常表面殘留著拉應(yīng)力，容易產(chǎn)生變形和開(kāi)裂，同時(shí)對(duì)工件的疲勞性能也不利。

       設(shè)計(jì)時(shí)考慮要點(diǎn)：

       1. 零件尺寸越大內(nèi)部熱容量越大，淬火時(shí)零件的冷卻速度越慢，因此淬透層越薄，性能越差，這種現(xiàn)象叫作“鋼材的尺寸效應(yīng)”。所以，查閱手冊(cè)時(shí)不能根據(jù)小尺寸的性能數(shù)據(jù)用于大尺寸零件的強(qiáng)度計(jì)算，而必須考慮鋼材的淬透性。

       2. 大斷面或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的齒輪采用多元合金，保證足夠而適當(dāng)?shù)拇阃感?，保證沿整個(gè)斷面有良好的綜合力學(xué)性能，同時(shí)，減少變形，防止開(kāi)裂，保證在減速機(jī)中的良好運(yùn)行。

       3. 對(duì)碳鋼齒輪，由于碳鋼的淬透性低，在設(shè)計(jì)大尺寸時(shí)，正火和調(diào)質(zhì)效果相似，而正火可降低成本，所以不必要求調(diào)質(zhì)。

       4. 大模數(shù)調(diào)質(zhì)齒輪由于受到鋼材淬透性的限制，應(yīng)當(dāng)先開(kāi)齒后調(diào)質(zhì)。

（二）淬硬性 指鋼在正常淬火條件下，以超過(guò)臨界冷卻速度所形成馬氏體組織能夠達(dá)到的最高硬度。淬硬性與淬透性不同，它主要取決于鋼中的碳含量。鋼中碳含量越高，淬火后硬度越高，而與合金元素關(guān)系不大。所以，淬火硬度高的鋼不一定就淬透性高，而硬度低的鋼，也可能具有高的淬透性。

（三）過(guò)熱敏感性 指鋼淬火加熱時(shí)奧氏體晶粒發(fā)生長(zhǎng)大的敏感性。奧氏體晶粒長(zhǎng)大往往使鋼材的力學(xué)性能降低，特別是沖擊韌度變壞，淬火時(shí)也容易形成裂紋。本質(zhì)粗晶粒鋼的過(guò)熱敏感性大，本質(zhì)細(xì)晶粒鋼只有加熱到 930 - 950°C 以上時(shí)晶粒才顯著長(zhǎng)大。奧氏體晶粒

（四）回火穩(wěn)定性 指回火時(shí)減慢鋼的組織和性能的變化，使鋼的淬火硬度能保持到較高的回火溫度而不下降。回火穩(wěn)定性好的鋼可在較高的溫度回火，使韌性提高，內(nèi)應(yīng)力消除完善。合金鋼的回火穩(wěn)定性比碳素鋼好，因此要達(dá)到同一回火硬度時(shí)，合金鋼的回火溫度可以比碳鋼高，故合金鋼的內(nèi)應(yīng)力比碳鋼小，韌性比碳鋼好。

（五）變形開(kāi)裂傾向 指鋼在加熱和冷卻過(guò)程中產(chǎn)生熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，其綜合作用超過(guò)鋼的屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生變形開(kāi)裂的傾向。

      設(shè)計(jì)時(shí)考慮要點(diǎn)：

      1. 設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量避免尖角和厚薄斷面的突然變化。

      2. 采用緩和的淬火介質(zhì)或淬火方法。引起尺寸變化的主要原因是內(nèi)應(yīng)力的存在及組織中殘余奧氏體的分解，因此設(shè)計(jì)精密齒輪時(shí)應(yīng)當(dāng)要求穩(wěn)定化處理，如淬火后進(jìn)行冷處理或低溫時(shí)效，使馬氏體趨于穩(wěn)定并減少內(nèi)應(yīng)力，以使齒輪尺寸穩(wěn)定。

（六）尺寸穩(wěn)定性 指零件在長(zhǎng)期存放或使用中尺寸穩(wěn)定不變的性能。這對(duì)精密齒輪是很重要的。 （七）回火脆性 指鋼在某一溫度范圍回火所發(fā)生的沖擊韌性降低現(xiàn)象，產(chǎn)生回火脆性的鋼，不僅室溫下的沖擊韌性較正常鋼為低，而且使鋼的冷脆溫度大為提高。

       設(shè)計(jì)時(shí)考慮要點(diǎn)：

       1. 合金結(jié)構(gòu)鋼在 250 - 400°C 回火時(shí)引起沖擊韌性及韌脆性下降，這種現(xiàn)象一般稱為第一類回火脆性，它不能通過(guò)熱處理方法來(lái)消除，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。

       2. 某些合金結(jié)構(gòu)鋼（如 Cr 鋼、Cr - Ni 鋼及 Cr - Mn 鋼）在 375 - 575°C 回火后緩慢冷卻時(shí)也會(huì)產(chǎn)生脆性，一般稱為第二類回火脆性，快冷可以予以消除。對(duì)于斷面較大的齒輪，可選用含有 Mo 或 W 的鋼，以消除或減小回火脆性。

三、結(jié)論

       深入理解減速機(jī)齒輪用鋼的熱處理特性及其設(shè)計(jì)考慮要點(diǎn)，對(duì)于優(yōu)化齒輪的設(shè)計(jì)和制造工藝，提高齒輪的性能和可靠性具有重要意義。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的工作條件和要求，合理選擇鋼材和熱處理工藝，以滿足齒輪的使用需求。

編輯：數(shù)字化營(yíng)銷中心
審核：林志楠

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