典型齿轮材料与常用齿轮钢材的化学成份.doc

齿轮概述齿轮用钢的冶金质量要求齿轮材料的重要热处理特性齿轮材料的选择原则齿轮传动概述齿轮材料常用齿轮钢材的化学成份典型齿轮材料低速重载及高速齿轮用渗碳钢拖拉机齿轮常用钢及热处理技术要求汽车齿轮常用钢及热处理技术要求机床齿轮常用钢及热处理工艺蜗杆蜗轮副材料的选用国外常用的齿轮材料渗碳钢渗碳用硼钢渗氮钢调质和表面淬火用钢齿轮用钢的冶金质量要求项目名称检验标准技术要求疏松和偏析GB1979-1980结构钢低倍组织缺陷评级图合金钢按GB3077-1988规定缺陷名称级数钢种一般疏松中心疏松偏析一般疏松和边缘疏松4级优质钢3级3级3级一般点状偏析和边缘点状偏析4级高级优质钢2级2级2.5级非金属夹杂YB25-1977钢中非金属夹杂物显微评定法“钢中非金属夹杂物级别图”合金钢按GB3077-1988规定氧化物加硫化物硫化物氧化物5.5级3级3级带状组织YB31-1964钢的显微组织（游离渗碳体、带状组织、魏氏组织）齿轮渗碳钢要求不大于3级晶粒度YB27-1977钢的晶粒度测定法钢的本质晶粒度通常不小于6级淬透性GB5216-1985保证淬透性结构钢技术要求根据用户要求，按A、B、C三种方式订货齿轮传动概述齿轮传动是机械传动中最主要的一种传动型式，历史悠久，应用非常广泛。齿轮传动的优点主要是：1.传动的适用功率和传动速度范围广，从极小到10万kW，从极低到40m/s以上。2.传动平稳，传动比恒定。3.传动效率高，可达99%。4.结构紧凑，传动方式多样。就齿轮传动装置的密封形式来说，分为开式、半开式及闭式三种；就使用情况来说，有低速、高速及轻载、中载、重载之别；就齿轮热处理的不同，齿轮又分为硬齿面齿轮（如经整体或渗碳淬火、表面淬火或氮化处理，齿面硬度HRC55）、中硬齿面（齿轮经过整体淬火或表面淬火，齿面硬度大约载55HRC38，HB350）和软齿面齿轮（如经调质、常化的齿轮，齿面硬度HB400mm)多采用铸钢材料，可以减小毛坯生产难度和成本；重要的大型齿轮采用优质合金钢的轮圈的组装式结构。齿轮材料的选择原则齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多，下述几点可供选择材料时参考：1.齿轮材料必须满足工作条件的要求。例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择机械性能高的合金钢；矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，因此往往选择铸钢或铸铁等材料；家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平衡、低噪声或无噪声、以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。2.应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用铸造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。齿轮的表面硬化的方法有：渗碳、氮化和表面淬火。采用渗碳工艺时，应选用低碳钢或低碳合金钢作为齿轮材料；只有氮化钢才能采用氮化工艺；采用表面淬火时，对材料没有特别的要求。3.正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。4.合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。5.飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的高强度合金钢。6.金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为3050HBS或更多。当小齿轮与大齿轮的齿面具有较大的硬度差（如小齿轮齿面为淬火并磨制，大齿轮齿面为常化或调质），且速度又较高时，在运转过程中较硬的小齿轮齿面对较软的大齿轮齿面，会起较显著的冷作硬化效应，从而提高了大齿轮齿面的疲劳极限。因此，当配对的两齿轮齿面具有较大的硬度差时，大齿轮的接触疲劳许用应力可提高约20%，但应注意硬度高的齿面，粗糙度值也要相应地减小。常用齿轮钢材的化学成份40Mn220CrMo38Cr2MoAl30CrNi315MnVB50Mn235CrMo20Cr12Cr2Ni420MnVB35SiMn42CrMo40Cr20Cr2Ni445MnB42SiMn20CrMnMo40CrNi40CrNi430CrMnSi37SiMn2Mo40CrMnMo12CrNi245CrNiMoV35CrMnSi20MnTiB25Cr2MoV12CrNi330CrNi2MoV50CrV25MnTiB35CrMoV20CrNi318Cr2NiMoV20CrMnTi低速重载及高速齿轮用渗碳钢齿轮类型性能要求钢 号起重、运输、冶金、采矿、化工等设备的普通减速机小齿轮耐磨、承载能力较高20CrMo、20CrMnTi、20CrMnMo冶金、化工、电站设备及铁路机车、宇航、船舶等的汽车发动机、工业汽轮机、燃汽轮机、高速鼓风机、透平压缩机等的齿轮运行速度高、周期长、安全可靠性高12CrNi2、12CrNi3、12Cr2Ni4、20CrNi3大型轧钢机减速器齿轮、人字齿轮、机座齿轮大型皮带运输机传动轴齿轮、大型锥齿轮、大型挖掘机传动箱主动齿轮、井下采煤机传动箱齿轮、坦克等齿轮传动功率大、齿轮表面载荷高、耐冲击，齿轮尺寸大，要求淬透性高20CrNi2Mo、20Cr2Ni4、18Cr2Ni4W、20Cr2Mn2Mo机床齿轮常用钢及热处理工艺齿轮工作条件钢 号热处理工艺硬度要求在低载荷下工作,要求耐磨性高的齿轮15（20）900950渗碳，直接淬冷或780800水淬，180200回火。5863HRC低速(0.1m/s),低载荷下工作的不重要变速箱齿轮和挂轮架齿轮45840860正火156217HRC低速(0.1m/s),低载荷下工作的齿轮(如车床溜板上的齿轮)45820840水淬500550回火200250HRC中速、中载荷或大载荷下工作（车床变速箱中的次要齿轮）45860900高频感应加热，水淬，350370回火4045HRC速度较大或中等载荷下工作的齿轮，齿部要求较高（钻床变速箱中的次要齿轮）45860900高频感应加热，水淬，380320回火4550HRC高速、中等载荷，要求齿面硬度高（磨床砂轮箱齿轮）45860900高频感应加热，水淬，180200回火5258HRC速度不大、中等载荷，断面较大（铣床工作台变速箱齿轮、立车齿轮）40Cr、 42SiMn840860油淬，600650回火200230HRC中等速度、中等载荷，不大的冲击下工作的高速机床走刀箱、变速箱齿轮40Cr 、42SiMn调质后860880高频感应加热，乳化液冷却，280320回火4550HRC高速、高载荷、齿部要求高硬度的齿轮40Cr 、 42SiMn调质后860880高频感应加热，乳化液冷却，180200回火5055HRC高速、中载荷、受冲击、模数6的齿轮（如立车上重要的螺旋伞齿轮）20CrMnTi 、20SiMnVB、 12CrNi3900950渗碳，降温至820850淬火，180200回火。5863HRC在不高载荷下工作的大型齿轮50Mn2 、 65Mn820840空冷241HB传动精度高，要求具有一定耐磨性的大齿轮35CrMo850870空冷，600650回火(热处理后精切齿形)255302HB拖拉机齿轮常用钢及热处理技术要求齿轮类型钢 号热处理工艺热处理技术要求拖拉机传动齿轮，动力传动装置中圆柱齿轮及轴齿轮20Cr,20CrMo,20CrMnMo,20CrMnTi,30CrMnTi渗碳 层深：不小于模数的0.18倍(mm)，但不大于2.1mm 各种齿轮渗层深度的上下限差不大于0.5mm。拖拉机曲轴正时齿轮，凸轮轴齿轮，喷油泵驱动齿轮45正火156217HB调质217255HBHT200170229HB拖拉机油泵齿轮40、45调质2835HB蜗杆蜗轮副材料的选用表1蜗杆常用材料材 料 牌 号热处理硬度齿面粗糙度45、35SiMn、42SiMn、37SiMn2MoV、40Cr、38SiMnMo表面淬火HRC4555Rz为3.26.3m20MnVB、20SiMnVB、20Cr、20CrMnTi渗碳淬火HRC5863Rz为3.26.3m45(用于不重要的传动)调 质HB270Rz为25m表2蜗轮常用材料蜗轮材料铸造方法适用的滑动速度(m/s)机 械 性 能s(N/mm2)b(N/mm2)ZQSn10-1砂型12137216金属型 25196245ZQSn6-6-3砂型1078176金属型 1278196表3几种蜗轮蜗杆副材料选配及许用接触应力HP(N/mm2) 蜗轮材料蜗杆材料滑动速度(m/s)0.250.51234568ZQAl9-4ZQAl10-3-1.5钢(淬火)*-24522620617715711888.3ZHMn58-2-2钢(淬火)*-21119617714713293.273.6HT200、HT150(HB120450)渗碳3-HT150(HB120450)钢(调质或正火)13710888.368.7- *蜗杆未经淬火时，需将表中HP值降低20%。汽车齿轮常用钢及热处理技术要求齿轮类型钢 号热处理工艺热处理技术要求汽车变速箱和差速箱齿轮20CrMnTi20CrMo等渗碳层深：mn3时，0.61.0mm3mn5时，0.91.3mmmn5时，1.11.5mm齿面硬度：5864HRC心部硬度：mn5时，3245HRC mn5时，2945HRC40Cr(浅层)碳氮共渗层深：0.2mm表面硬度：5161HRC汽车驱动桥主动及从动圆柱齿轮20CrMnTi20CrMo渗碳齿面硬度：5864HRC心部硬度：mn5时，3245HRC mn5时，2945HRC汽车驱动桥主动及从动圆锥齿轮20CrMnTi20CrMnMo渗碳层深：mn5时，0.91.3mm3ms8时，1.01.4mmms8时，1.21.6mm齿面硬度：5864HRC心部硬度：ms8时，3245HRC ms8时，2945HRC汽车驱动桥差速器行星及半轴齿轮20CrMnTi20CrMo20CrMnMo渗碳层深：mn3时，0.61.0mm3mn5时，0.91.3mmmn5时，1.11.5mm齿面硬度：5864HRC心部硬度：mn5时，3245HRC mn5时，2945HRC汽车发动机凸轮轴齿轮HT180HT200170229HB汽车曲轴正时齿轮35、40、45、40Cr正火149179HB调质207241HB汽车起动电动机齿轮15Cr,20Cr,20CrMo,15CrMnMo,20CrMnTi渗碳层深：0.71.1mm表面硬度：5863HRC心部硬度：3343HRC汽车里程表齿轮20(浅层)碳氮共渗层深：0.20.35mm汽车油泵齿轮40、45调质2835HRC备注：mn法向模数。ms端面模数。渗碳钢原联邦德国常用的齿轮渗碳钢化学成份(%)标准:DIN钢号CSiMnPSNiCrMo16MnCr5 0.140.19 0.150.35 1.001.30 0.035 0.035 0.801.00 20MnCr5 0.170.22 0.150.35 1.001.40 0.035 0.035 1.001.30 20MoCr4 0.170.22 0.150.35 0.600.90 0.035 0.035 0.300.50 0.400.50 25MoCr4 0.230.29 0.150.35 0.600.90 0.035 0.035 0.400.60 0.400.50 18CrNi8 0.150.20 0.150.35 0.400.60 0.035 0.035 1.802.10 1.802.00 17CrNiMo8 0.140.19 0.150.35 0.400.60 0.035 0.035 1.401.70 1.501.80 0.250.35 日本常用的齿轮渗碳钢标准:JIS钢号CSiMnPSNiCrMoSCr22H0.1710.230.1510.350.5510.900.0300.0300.8511.25SCM22H0.1710.230.1510.350.5510.900.0300.0300.8511.250.1510.35SCM24H0.1910.250.1510.350.5510.900.0300.0300.8511.250.3510.45SNC220.1210.180.1510.350.6010.850.0300.0303.0013.500.7011.00SNCM21H0.1710.230.1510.350.6010.950.0300.0300.3510.750.3510.650.1510.30SNCM23H0.1710.230.1510.350.4010.700.0300.0301.5512.000.3510.650.1510.30美国常用的齿轮渗碳钢化学成份(%)标准:ALSISAE钢号 C Si Mn P S Ni Cr Mo 4118H0.170.230.200.350.601.000.0400.0400.350.650.080.154320H0.160.230.200.350.400.700.0400.0401.502.000.350.650.200.304620H0.170.240.200.350.400.700.0400.0401.502.000.200.304720H0.170.230.200.350.450.750.0400.0400.851.250.300.600.150.254820H0.170.240.200.350.450.750.0400.0403.203.800.200.308620H0.170.240.200.350.600.950.0400.0400.350.750.350.650.150.256720H0.170.240.200.350.600.950.0400.0400.350.750.350.650.200.308822H0.190.250.200.350.701.050.0400.0400.350.750.350.650.300.409310H0.010.140.200.350.400.700.0400.0402.053.551.001.450.080.15苏联常用的齿轮渗碳钢化学成份(%)标准:OCT钢号CSiMnPSNiCrMo其他18XT0.170.230.170.370.801.100.0350.0351.001.30Ti0.061.2020XM0.160.240.170.370.901.200.0350.0350.901.200.200.3020XHM0.180.240.170.370.600.900.0350.0350.801.200.400.700.200.3020XHM0.160.220.170.370.801.100.0350.0350.400.700.400.700.200.3012XH3A0.090.160.170.370.300.600.0250.0252.753.150.600.9020X2H4A0.160.220.170.370.300.600.0250.0253.253.651.251.6518X2H4BA0.140.210.170.370.250.550.0250.0254.004.501.351.65W0.400.80英国常用的齿轮渗碳钢化学成份(%)标准:BS钢号CSiMnPSNiCrMoEn35A0.200.250.100.350.300.600.0500.0501.502.000.200.30En3530.200.350.501.000.0500.0501.001.500.751.250.080.15En3520.200.350.501.000.0500.0500.851.250.601.000.10En3610.130.170.350.701.000.0500.0500.400.700.550.800.060.15法国常用的齿轮渗碳钢标准:WF钢号CSiMnPSNiCrMo20NC60.160.220.100.400.600.900.0400.0351.201.600.851.2018CD40.150.220.100.400.600.900.0400.0350.851.150.150.3016NCD60.120.180.100.400.600.900.0400.0351.201.600.851.150.150.3016NCD130.120.180.100.400.400.700.0400.0353.003.500.700.900.150.30 原联邦德国常用的齿轮渗碳钢化学成份(%) 标准:DIN渗氮钢原联邦德国渗氮钢化学成份(%)DIN17211钢号CSiMnPSNiCrMoAlV34CrAlMo5 0.300.37 0.200.50 0.500.80 0.030 0.035 1.001.30 0.150.25 0.801.2 41CrAlMo7 0.380.45 0.200.50 0.500.80 0.030 0.035 1.501.80 0.250.40 0.801.2 34CrAlS5 0.300.37 0.150.40 0.600.90 0.10 0.070.11 1.001.30 - 0.801.2 34CrAlNi7 0.300.37 0.150.40 0.400.70 0.030 0.035 0.851.15 1.501.80 0.150.25 0.801.2 31CrMo12 0.280.35 0.150.40 0.400.70 0.030 0.035 0.30 2.803.30 0.300.50 31CrMoV9 0.280.35 0.150.40 0.400.70 0.030 0.035 2.202.80 0.150.25 0.080.20 39CrMoV139 0.350.42 0.150.40 0.400.70 0.030 0.035 3.003.50 0.801.10 0.150.25 日本齿轮渗氮钢化学成份(%)标准:JIS钢号CSiMnPSNiCrMoAlVSACM1 0.400.50 0.150.50 0.60 0.030 0.030 1.301.70 0.150.35 0.701.20 MAC24 0.220.28 0.150.50 0.400.70 0.030 0.030 2.503.00 0.500.70 0.200.30 NT70 0.12 0.28 1.10 0.030 0.025 0.72 0.60 0.27 NT100 0.17 0.30 1.00 0.030 0.025 1.00 1.50 0.40 NT200 0.28 0.30 1.00 0.030 0.025 2.40 1.60 Nb 0.05 0.30 N6 0.200.30 0.200.50 0.501.00 0.030 0.030 3.203.80 1.001.40 0.200.30 0.100.20 Ti 2.503.00 美国齿轮渗氮钢化学成份(%)标准:ASTMA355-70钢号CSiMnPSNiCrMoAlVASTM A 0.380.43 0.200.40 0.500.70 0.035 0.04 1.401.80 0.300.40 0.951.3 ASTM B 0.350.40 0.200.40 0.700.95 0.035 0.04 1.201.50 0.150.25 0.951.3 Se 0.150.25 ASTM C 0.330.38 0.200.40 0.500.70 0.035 0.04 1.001.35 0.150.25 0.951.3 ASTM D 0.220.27 0.200.40 0.500.70 0.035 0.04 3.3253.75 1.001.35 0.200.30 1.101.4 Nitralloy N 0.200.25 0.200.40 0.250.45 0.035 0.04 4.755.25 0.400.60 0.200.30 1.802.2 0.080.20 前苏联齿轮渗氮钢化不成份(%)标准:OCT钢号CSiMnPSNiCrMoAlV35XA 0.310.39 0.170.37 0.300.60 0.35 0.35 0.40 1.351.65 0.701.10 38XA 0.350.42 0.170.37 0.300.60 0.25 0.25 0.25 1.351.65 0.150.25 0.701.10 0.20Cu 3N355 0.150.20 0.150.35 0.600.90 0.35 0.35 2.202.60 1.802.20 0.200.30 0.10 英国齿轮渗氮钢化学成份(%)标准:BS970钢号CSiMnPSCrMoAlVEn40B 0.200.28 0.150.35 0.400.70 0.25 0.25 3.003.50 0.450.60 En40C 0.350.43 0.150.35 0.450.70 0.25 0.25 3.003.50 0.801.10 0.150.25 En41A 0.270.35 0.100.45 0.400.65 0.25 0.25 1.401.80 0.150.25 0.901.30 En41B 0.350.43 0.100.45 0.400.65 0.25 0.25 1.401.80 0.150.25 0.901.30 法国齿轮渗氮钢化学成份(%)标准:NAA35-551钢号CSiMnPSCrMoAlV30CD12 0.280.35 0.100.35 0.450.70 0.25 0.25 2.803.30 0.300.50 32CDV13 0.300.38 0.100.35 0.450.70 0.25 0.25 3.003.50 0.801.10 0.150.25 30CAD612 0.280.35 0.200.40 0.500.80 0.25 0.25 1.501.80 0.250.40 1.001.3 40CAD612 0.380.45 0.200.40 0.500.80 0.25 0.25 1.501.80 0.250.40 1.001.3 瑞典齿轮渗氮钢化学成份(%)钢号CSiMnPSNiCrMoV2240 0.280.35 0.200.35 0.600.80 0.035 0.035 0.400.60 2.402.60 0.250.35 0.200.30渗碳用硼钢中国渗碳用硼钢化学成份(%)钢号CSiMnNiB其他20Mn2B0.170.240.170.371.301.