齿轮硬度要求

1、二、典型零部件选材及工艺解析金属资料、高分子资料、陶瓷资料及复合资料是目前的主要工程资料。高分子资料的强度、刚度较低、易老化，一般不能够用于制作承受载荷较大的机械部件。但其减振性好，耐磨性较好，适于制作受力小、减振、耐磨、密封部件，如轻载齿轮、轮胎等。陶瓷资料硬而脆，一般也不能够用于制作重要的受力零部件。但其拥有高熔点、高硬度、耐蚀性好、红硬性高等特点，可用于制作高温下工作的零部件、耐磨耐蚀零部件及切削刀具等。复合资料战胜了高分子资料和陶瓷资料的不足，拥有高比强度、高减振性、高抗疲倦能力、高耐磨性等优异性能，是一种很有发展前途的工程资料。与以上三类工程资料对照，金属资料拥有优异的使用性能和工艺

2、性能，积蓄量大，生产成本比较低、广泛用于制作各种重要的机械部件和工程构件，是机械工业中最主要、应用最广泛的一类工程结构资料。下面介绍几种钢制零部件的选材及热办理工艺解析。齿轮类部件的选材齿轮是机械工业中应用广泛的重要部件之一，主要用于传达动力、调治速度或方向。1、齿轮的工作条件、主要无效形式及对性能的要求。齿轮的工作条件：啮合齿表面承受较大的既有转动又有滑动的强烈磨擦和接触疲倦压应力。传达动力时，轮齿近似于悬臂梁，轮齿根部承受较大的波折疲倦应力。换挡、启动、制动或啮合不均匀时，承受冲击载荷。齿轮的主要无效形式：断齿：除因过载（主若是冲击载荷过大）产生断齿外，大多数情况下的断齿，是由于传达动力时

3、，在齿根部产生的波折疲倦应力造成的。齿面磨损：由于齿面接触区的磨擦，使齿厚变小、齿隙加大。接触疲倦；在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，遂渐剥落，形成麻点。对齿轮资料的性能要求：高的波折疲倦强度；高的耐磨性和接触疲倦强度；轮齿心部要有足够的强度和韧性。2、典型齿轮的选材机床齿轮机床齿轮的选材是依其工作条件（园周速度、载荷性质与大小、精度要求等）而定的。表13-3列出了机床齿轮的选材及热办理。表13-3机床齿轮的选材及热办理序号齿轮工作条件在低载荷下工作，要求耐磨性好的齿轮低速（0.1m/s）、低载荷下工作的不重要的变速箱齿轮和挂轮架齿轮低速（0.1m/s）、低载荷下工作的齿轮（如车床溜板上的

4、齿轮）中速、中载荷或大载荷下工作齿轮（如车床变速箱中的次要齿轮）速度较大或中等荷下工作的齿轮，齿部硬度要求较高（如钻床变速箱中的次要齿轮）高速、中等载荷，要求齿面硬度高的齿轮（如磨床砂轮箱齿轮）钢种热办理工艺硬度要求9009500C渗碳，直接淬火，或5863HRC7808000C水冷，1802000C回火458408600C正火156217HB458208400C水冷，5005500C回200250HB火45高频加热，水冷，3003400C回4550HRC火高频加热，水冷，2402300C回5055HRC火高频加热，水冷，1802000C回5460HRC火速度不大，中等载荷，断面较大的齿轮（如

5、铣床工作面变速箱齿轮、立车齿轮）中等速度（24m/s）、中等载荷下工作的高速机床走刀箱、变速箱齿轮高速、高载荷、齿部要求高硬度的齿轮高速、中载荷、受冲击、模数6的齿轮（如立车上的重要齿轮）高速、重载荷、形状复杂，要求热办理变形小的齿轮在不高载荷下工作的大型齿轮40Cr42SiMn45MnB40Cr42SiMn40CrSiMn20Cr20Mn2B20SiMnVB20CrMnTi38CrMoAl38CrAl50Mn265Mn8408600C油冷，6006500C回火调质后高频加热，乳化液冷却，2603000C回火调质后高频加热，乳化液冷却，1802000C回火，9009500C渗碳，直接淬火，或8

6、008200C油淬，1802000C回火9009500C渗碳，降温至8208500C淬火，1802000C回火正火或调质后5105500C氮化8208400C空冷200230HB5055HRC5460HRC5863HRC5863HRC850HV以上241HB机床传动齿轮工作时受力不大，工作较平稳，没有强烈冲击，对强度和韧性的要求都不太高，一般用中碳钢（例如45钢）经正火或调质后，再经高频感觉加热表面淬火增强，提高耐磨性，表面硬度可达5258HRC。对于性能要求较高的齿轮，可选用中碳合金钢（例14传动精度高，要求拥有必然耐磨性的35CrMo8508700C空冷，6006500C回大齿轮火（热办理

7、后精切齿形）铸造正火粗机械加工调质精机械加工高频淬火+低温回火装置。255302HB如40Cr等）。其工艺路线为：备料正火工序作为预备热办理，可改进组织，除掉铸造应力，调整硬度便于机械加工，并为后续的调质工序做好组织准备。正火后硬度一般为180207HB，其切削加工性能好。经调质办理后可获得较高的综合力学性能，提高齿轮心部的强度和韧性，以承受较大的波折应力和冲击载荷。调质后的硬度为3348HRC。高频淬火+低温回火可提高齿轮表面的硬度和耐磨性，提高齿轮表面接触疲倦强度。高频加热表面淬火加热速度快，淬火后脱碳倾向和淬火变形小，同时齿面硬度比一般淬火高约2HRC，表面形成压应力层，从而提高齿轮的疲

8、倦强度。齿轮使用状态下的显微组织为：表面是回火马氏体+节余奥氏体，心部是回火索氏体。汽车、拖拉机齿轮汽车、拖拉机齿轮的选材及热办理详见表13-4。表13-4汽车、拖拉机齿轮常用钢种及热办理热办理序号齿轮种类常用钢种主要工技术条件序汽车变速箱和分1动箱齿轮汽车驱动桥主动及从动圆柱齿轮2汽车驱动桥主动及从动圆锥齿轮汽车驱动桥差速器行星及半轴齿轮20CrMnTi渗碳20CrMo等（浅40Cr层）碳氮共渗20CrMnTi渗碳20CrMo20CrMnTi渗碳20CrMnMo20CrMnTi20CrMo渗碳20CrMnMo灰口铸铁层深：mn3时，；3mn5时，齿面硬度：58-64HRC心部硬度：mn5时,

9、32-45HRC；mn5时，29-45HRC层深：0.2mm表面硬度：51-61HRC渗层深度按图纸要求，硬要求同序号1中渗碳工序层深：ms5时；5ms8时，齿面硬度：58-64HRC心部硬度：ms8时，32-45HRC；ms8时，29-45HRC同序号1渗碳的技术条件4汽车发动机凸轮HT180170-229HB轴齿轮HT200汽车曲轴正时齿35、40、45正火149-179HB5轮调质207-241HB40Cr15Cr20Cr层深：6汽车起动机齿轮20CrMo渗碳表面硬度：58-63HRC15CrMnM,心部硬度：33-43HRC20CrMnTi（浅7汽车里程表齿轮20层）碳层深：氮共渗拖拉

10、机传动齿轮，动力传动装置中8的圆柱齿轮，圆锥齿轮及轴齿轮拖拉机曲轴正时齿轮，凸轮轴齿9轮，喷油泵驱动齿轮20Cr20CrMo,层深：模数的0.18倍，但2.1mm20CrMnMo渗碳各种齿轮渗层深度的上下限0.5mm,硬度要求序号20CrMnTi,1、230CrMnTi40Cr,（浅层）碳同序号1中碳氮共渗的技术条件40Cr氮共渗45正火156-217HB调质217-255HB灰口铸铁170-229HBHT18010汽车拖拉机油泵调质28-35HRC40，45齿轮?mn法向模数；ms端面模数与机床齿轮比较，汽车、拖拉机齿轮工作时受力较大，受冲击频频，所以对性能的要求较高。这类齿轮平时使用合金渗

11、碳钢（比方：20CrMnTi、20MnVB）制造。其工艺路线为：备料铸造正火机械加工渗碳淬火+低温回大喷丸磨削装置。正火办理的作用与机床齿轮相同。经渗碳、淬火+低温回火后，齿面硬度可达5862HRC，心部硬度为3545HRC。齿轮的耐冲击能力、波折疲倦强度和接触疲倦强度均相应提高。喷丸办理能使齿面硬度提高约23HRC，并提高齿面的压应力，进一步提高接触疲倦强度。齿轮在使用状态下的显微组织为：表面是回火马氏体+节余奥氏体+碳化物颗粒，心部淬透时是低碳回火马氏体（+铁素体），未淬透时，是索氏体+铁素体。轴类零部件的选材轴是机械工业中最基础的零部件之一，主要用以支承传动零部件并传达运动和动力。1、轴

12、的工作条件，主要无效形式及对性能的要求。轴的工作条件：传达扭矩，承受交变扭转载荷作用。同时也经常承受交变波折载荷或拉、压载荷的作用。轴颈承受较大的磨擦。承受必然的过载或冲击载荷。轴的主要无效形式：疲倦断裂由于受交变的扭转载荷和波折疲倦载荷的长远作用，造成轴的疲倦断裂，这是最主要的无效形式。断裂无效由于受过载或冲击载荷的作用，造成轴折断或扭断。磨损无效轴颈或花键处的过分磨损使形状、尺寸发生变化。对轴用资料的性能要求：高的疲倦强度，以防范疲倦断裂。优异的综合力学性能，以防范冲击或过载断裂。优异的耐磨性，以防范轴颈磨损。2、典型轴的选材对轴类零部件进行选材时，应依照工作条件和技术要求来决定。承受中等

13、载荷，转速又不高的轴，大多项选择用中碳钢（比方45钢），进行调质或正火办理。对于要求高一些的轴，可采用合金调质钢（比方40Cr）并进行调质办理。对要求耐磨的轴颈和锥孔部位，在调质办理后需进行表面淬火。当轴承受重载荷、高转速、大冲击时，应采用合金渗碳钢（比方20CrMnTi）进行渗碳淬火办理。机床主轴图13-8为C620车床主轴简图。该主轴承受交变扭转和波折载荷。但载荷和转速不高，冲击载荷也不大。轴颈和锥孔处有磨擦。按以上解析，C620车床主轴可采用45钢，经调质办理后，硬度为220250HB，轴颈和锥孔需进行表面淬火，硬度为4654HRC。其工艺路图13-8C620车床主轴简图线为：备料铸造正

14、火粗机械加工调质精机械加工表面淬火+低温回火磨削装置。正火可改进组织、消除铸造弊端，调整硬度便于机械加工，并为调质做好组织准备。调质可获得回火索氏体，拥有较高的综合力学性能，提高疲倦强度和抗冲击能力。表面淬火+低温回火可获得高硬度和高耐磨性。表13-5给出了机床主轴的选材和热办理。序号12345表13-5工作条件在转动轴承内运转低速、轻或中等载荷精度要求不高稍有冲击载何在转动轴承内运转转速稍高、轻或中载荷精度要求不太高冲击、交变载荷不大在转动或滑动轴承内低速、轻或中载荷精度要求不很高有必然的冲击、交变载荷在转动轴承内运转中等载荷、转速略高精度要求较高交变、冲击载荷较小在滑动轴承内运转中或重载荷

15、、转速略高精度要求较高有较高的交变、冲击载荷依照工作条件介绍采用的机床主轴资料及其热办理工艺采用钢号热办理工艺硬度要求应用举例45调质：8208400C淬火，5505800C回220250HB一般简单机火床主轴整体淬硬：8208400水淬，35040004045HRC回火正火或调质后局部淬火正火：8408600空冷229HB龙门铣床、45立式铣床、220250HB小型立式车调质：8208400水淬，5505800C回火床的主轴4651HRC局部淬火：8208400水淬，2402800回火正火或调质后轴颈部分表面淬火正火：8408600空冷229HBCW61100、00C回火220250HBCB

16、3463、45调质：820840水淬,550580CA6140、轴颈表面淬火：4657HRCC61200等重型车床主轴8609000（表面）高频淬火（水淬），1602500C回火整体淬硬：8305800C油淬，3604000C4045HRC回火40r调质后局部淬硬滚齿机、铣40MnB调质：8408600C油淬，6006500C回220250HB齿机、组合火机床的主轴40MnVB局部淬硬：8308500C油淬，2803200C4651HRC回火40Cr调质后轴颈表面淬火220280HB铣床、C6132调质：8408600C油淬，5406200C回40MnB火车床主轴，M7475B磨床40MnVB

17、轴颈淬火：8608800C高频淬火，乳化4655HRC砂轮主轴液冷，1602800C回火在转动或滑动轴承内运转6轻、中载荷，转速较低在滑动轴承内运转中等或重载荷要求轴颈部分有更高的耐磨性精度很高有较高的交变应力，冲击载荷较小工作条件同上，但表面硬度要求更高动轴承内运转等载荷、转速很高9精度要求不很高有很高的交变、冲击载荷在滑动轴承内运转中等载荷、转速很高10精度要求不很高冲击载何不大，但交变应力较高在滑动轴承内运转重载荷，转速很高11高的冲击载荷很高的交交应力50Mn2正火：820840空冷S241HB重型机床主轴65Mn调质后轴颈和方头处局部淬火250280HBM1450磨床主轴调质：790

18、8200C油淬，5806200C回5661HRC火5055HRC0轴颈淬火820840C高频淬火,200220C回火00头部淬火：790820C油淬，260300C调质后轴颈和方头处局部淬火GCr15调质：8408600C油淬，6506800C回250280HBMQ1420火MB1432A磨9Mn2V50HRC局部淬火：8408600C油淬,1602000C床砂轮主轴回火M1G1432高调质后渗氮260HB精度磨床砂轮主轴、00T4240A坐标38CrMoAlA调质：930950C油淬，630650C回850HV镗床主轴、火C215056多0（表面）轴自动车床中心轴、T68渗氮：510560C

19、渗氮镗杆20Cr渗碳淬火Y236刨齿20Mn2B9109400C渗碳表面机、Y58插齿机主轴，外20MnVB7908200C淬火（油）59HRC圆磨床头架主轴和内圆磨床主轴20CrMnTi1602000C回火渗碳淬火Y7163齿轮20CrMnTi910-9400C渗碳表面磨床，、CG1107车12CrNi3320-3400C油淬59HRC床、SG8030精美车床主轴160-2000C回火资料本源：合金刚手册下册第三分册，治金工业初版,1979年版。汽轮机主轴汽轮机主轴尺寸大、工作负荷大，承受波折、扭转载荷及离心力和温度的联合作用。汽轮机主轴的主要无效方式是蠕变变形和由白点、夹杂、焊接裂纹等弊端

20、引起的低应力脆断、疲倦断裂或应力腐化开裂。所以对汽轮机主轴资料除要求其在性能上拥有高的强度和足够的塑韧性外，还要求其锻件中不出现较大的夹杂、白点、焊接裂纹等弊端。对于在500以上工作的主轴还要求其资料拥有必然的高温强度。依照汽轮机的功率和主轴工作温度的不相同，所采用的资料也不相同。对于工作在450以下的资料，可不用考虑高温强度，若是汽轮机功率较小（12000kW），且主轴尺寸较大，则须采用35CrMo钢，以提高淬透性。对于工作在500以上的主轴，由于汽轮机功率大（125000kW），要求高温强度高，需采用珠光体耐热钢，平时高中压主轴采用25CrMoVA或27Cr2MoVA钢，低压主轴采用15C

21、rMo或17CrMoV钢。对于工作温度更高，要求更高高温强度的主轴，可采用珠光体耐热钢20Cr3MoWV（540）或铁基耐热合金Cr14Ni26MoTi（650）、Cr14Ni35MoWTiAl（680）制造。气轮机主轴的工艺路线为：备料铸造第一次正火去氢办理第二次正火高温回火机械加工成品。第一次正火可除掉铸造内应力；去氢办理的目的是使氢从锻件中扩散出去，防范产生白点；第二次正火是为了细化组织，提高高温强度；高温回火是为了除掉正火产生的内应力，使合金元素分布更趋合理（V、Ti充分进入碳化物，Mo充分溶入铁素体），从而进一步提高升温强度。内燃机曲轴曲轴是内燃机的脊梁骨，工作时受交变的扭转、波折载

22、荷以及振动和冲击力的作用。按内燃机的转速不相同可采用不同的资料。平时低速内燃机曲轴采用正火态的45钢或球黑铸铁；中速的内燃机曲轴采用调质态的45钢、调质态的中碳合金钢（比方40Cr）或球墨铸铁。高速内燃机曲轴采用强度级别再高一些的合金钢（比方42CrMo等）。内燃机曲轴的工艺路线为：备料铸造正火粗机械加工调质精机械加工轴颈表面淬火+低温回火磨削装置。各热办理工序的作用与机床主轴的相同。近来几年来常采用球墨铸铁代替45钢制作曲轴，其工艺路线为：备料熔炼铸造正火高温回火机械加工轴颈表面淬火+低温回火装置。铸造质量是球墨铸铁的要点，第一要保证铸铁的球化优异、无铸造弊端，尔后再经风冷正火，以增添组织中

23、的珠光体含量并细化珠光体，提高其强度，硬度和耐磨性，高温回火的目的是除掉正火所造成的内应力。汽轮机叶片的选材叶片是汽轮机的要点部件，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用。1、叶片的工作条件、无效方式及性能要求叶片的工作条件：受蒸汽或燃气弯矩的作用；承受中、高压过热蒸汽的冲刷或湿蒸汽的电化学腐化或高温燃气的氧化和腐化；受湿蒸汽中的水滴或燃气中的杂质磨损；气流作用的频率与叶片自振频率相等时产生的共振力的作用。叶片的无效方式：叶片的无效方式为蠕变变形、断裂（包括振动疲倦断裂、应力腐化开裂、蠕变疲倦断裂及热疲倦开裂）和表面伤害（包括氧化、电化学腐化和磨损）。对叶片的性能要求：高的室平易高温强

24、度、塑性及韧性，以防范蠕变变形和疲倦断裂；高的化学牢固性，以防范氧化、腐化及应力腐化开裂；导热性好，热膨胀系数小，以防范热疲倦破坏；耐磨性好，以防范冲刷磨损和机械磨损；减振性好，以防范共振疲倦破坏；优异的冷、热加工性能，以利于叶片成型、提高生产效率。2、叶片的选材及热办理叶片资料的选择主要取决于工作温度。对于中、低压汽轮机，叶片工作温度不高（500），其无效的主要方式不是蠕变，而是共振疲倦和应力腐化开裂，所以，除在结构设计上防范共振外，应采用减振性能好的1Cr13和2Cr13马氏体不锈钢。对于工作于过热蒸汽中的前级叶片，虽温度较高（450475），但腐化不明显，可采用低合金钢20CrMo进行氮

25、化、镀硬铬或堆焊硬质合金。汽轮机后级叶片的工艺路线为：备料模锻退火机械加工调质热整形去应力退火机械加工叶片根镀硬铬抛光磁粉探伤成品。退火是为了除掉铸造应力，细化组织，改进切削加工性能，为调质作组织准备；调质是为了使叶片获得优异的综合力学性能和高温强度；热整形可提高叶片精度，校正热办理变形；去应力退火是为了除掉热整形内应力；镀硬铬是为了提高抗氧化和耐蚀性。对于高压汽轮机，叶片工作温度高于500，蠕变破坏是其无效的主要方式，1Cr13钢已不能够满足热强性要求，应采用奥氏体耐热钢1Cr18Ni9Ti。工作温度低于600的高压汽轮机叶片也可采用马氏体耐热钢5Cr11MoV、15Cr12WMoV、15C

26、r12WMoVNbB、18Cr12WMoVNb。对于燃气轮机叶片，因工作温度更高，其主要无效方式为蠕变和热疲倦破坏。当叶片工作温度低于650时，可选用奥氏体耐热钢1Cr17Ni13W、1Cr14Ni18W2NbBRE。在700750时，采用Cr14Ni40MoWTiAl或铁基高温合金。高于750，可采用镍基耐热合金Ni80Cr20或镍基高温合金。近来几年来，镍基高温合金的精美铸造、精美模锻、爆炸成形等新工艺已应用于燃气轮机叶片，TaC及NbC纤维增强镍基合金复合资料、SiC及Si3N4等新式陶瓷资料应用于燃气轮机叶片的研究也正在进行中。范围本标准规定了圆柱齿轮减速器的通用技术条件。本标准适用于

27、低速级中心距1000mm的单级、两级和三级圆柱齿轮减速器（以下简称减速器），也适用于低速级转架半径R300mm的单级、两级和三级行星齿轮减速器（以下简称减速器）。引用标准以下标准所包括的条则，经过在本标准中引用而构成为本标准的条则。本标准初版时，所示版本均为有效。所有标准都会被校正，使用本标准的各方应商议使用以下标准最新版本的可能性。GB1911990包装储运图示标志GB/T11841996形状和地址公差未注公差值GB/T34801988圆柱齿轮承载能力计算GB/T48791985防锈包装GB/T64041986齿轮装置噪声声功率级测定方法GB/T100951988渐开线圆柱齿轮精度GB/T1

28、13681989齿轮传动装置干净度GB/T133061991标牌GB/T133841992机电产品包装通用技术条件JB/T5000.41998重型机械通用技术条件铸铁件JB/T5000.81998重型机械通用技术条件锻件JB/T5000.91998重型机械通用技术条件切削加工件JB/T5000.121998重型机械通用技术条件涂装JB/T88311999工业齿轮润滑油采用方法JB/T88531999圆柱齿轮减速器JB/T9050.31999圆柱齿轮减速器加载试验方法3技术要求3.1总技术要求减速器赞同以下范围内正常工作：环境温度为-40+40；注：当环境温度低于0质量高出20kg注括号内数值适

29、用于硬齿面齿轮。氮化齿轮齿面表面粗糙度Ra为1.6m。磨齿齿轮应作齿顶修缘滚齿齿轮精滚时一般应采用修缘滚刀。磨齿齿轮副小齿轮作齿向修形。齿向修形尺寸见图1和式（1）、式（2）：式中：S齿向修形量，m；F齿向误差赞同值，弘m；b1小齿轮齿宽，mm；b2大齿轮齿宽，mm；b大小齿轮宽差，mm；b1小齿轮的齿向修形长度，mm。试验与检验4.1减速器的试验应吻合JB/T9053.3的规定。4.2减速器生产厂应拥有完满的检查记录档案。合格产品应签发合格证。标志、包装、运输及储藏5.1每台产品须在明显地址固定标牌，其要求应吻合GB/T13306的规定，并注明：产品型号、名称；主要技术参数（如转速、功率、转矩、重量等）；出厂日期；产品编号；制造厂名