齒輪減速機齒輪材料及齒輪工藝：好的齒輪減速機齒輪材料將在很大程度上影響一臺機器的使用壽命，而材料的不同，齒輪減速機的制作成本也會有很大不同，這也是目前市面上齒輪減速機價格參差不齊的原因之一(也可參考此文：硬齒面減速機價格是多少？ ）， 而不同的制造工藝也會對一臺齒輪減速機的制造成本及性能造成很大影響。如滲碳淬火工藝不夠成熟，將導致后期齒輪齒面硬度不統一等問題的發(fā)生。上層的，合理的齒輪減速機齒輪材料及先進的齒輪加工工藝才是齒輪減速機質量的保證。
我國目前常用的滲碳材料大致分為三類:
(1)低淬透性滲碳鋼:如15#、20#、20Cr. 20Mn2鋼等，這類鋼淬透性低，經表面處理后心部強度較低，使用于制造沖擊載荷較小的耐磨零件，如小型齒輪減速機里的小齒輪、小軸、蝸桿等。
(2)中淬透性滲碳鋼:如20CrMnMo, 20CrMnTi等，這類材料主要用于制造較大沖擊載荷和要求較高耐磨性的零件，如減速機齒輪、齒軸、花鍵軸套等。
(3)高淬透性滲碳鋼，如18Cr2Ni4W. 20Cr2NiaA等。這類材料經表面處理后強度很高，表面耐磨性好，常用于制造承受重載和強烈磨損的大型零件，如航空發(fā)動機軸及變速齒輪等。
目前國內外的高速、重載齒輪主要采用低碳合金鋼滲碳淬火或中碳合金鋼氮化處理。滲碳鋼材主要為12Cr2Ni4, 20 Cr2Ni4. 18 Cr2Ni4 W. 2OCrNi2Mo, 20CrNi4 .15CrNi3Mo, 17CrNiMo6，這些鋼種含碳量均在0.1%^-0.25%之間，以保證零件心部有足夠的韌性和塑性，并含Cr, Ni. Mo三種合金元素，C:有利于在滲碳層中獲得細小碳化物，Ni有利于提高心部的韌性和強度，Mo的作用是阻止奧氏體晶粒長大，細化晶粒，防止?jié)B碳層剝落及提高心部性能。這類鋼滲碳淬火后心部強度可達到Q，=1100--1300MN/m2，沖擊韌性可達。a k=80- 100J/cm 2。
從國內外低速重載齒輪的應用看，經歷了由軟齒面向滲碳硬齒面的發(fā)展過程。如法國雪鐵龍齒輪公司的重載齒輪生產經歷了三個階段:(1)大、小齒輪均調質，體積和質量都很大，(2)小齒輪滲碳淬火，大齒輪調質，(3)大、小齒輪均采用滲碳淬火并磨齒，提高了精度，承載能力也大大提高，相應還帶來齒輪箱體結構緊湊、體積小、節(jié)約鋼材、減小設備規(guī)格及占地面積小等一系列優(yōu)點。
根據齒輪毛坯的制造方法，鋼制齒輪可以鍛造、鑄造或用軋制圓鋼制造，其中鍛造齒輪因強度較高，故應用較廣。各種齒輪用鋼，其冶煉質量均有一定的要求，熱處理工藝也有很大的區(qū)別，熱處理工藝主要包括.
(1)正火處理。將鋼加熱至Ac3（鐵一碳合金平衡圖中奧氏體析出的開始線)或Acm(鐵-碳合金平衡圖中滲碳體從奧氏體中析出的開始線)以上30-500C，保溫一段時間后在空氣中冷卻，這種熱處理操作叫正火。正火處理可消除齒輪內部過大的應力，增加齒輪的韌性，改善材料的切削性能。正火處理常用于含碳量0.3%^-0.5%的優(yōu)質碳鋼或合金鋼制造的齒輪。
(2)調質處理。將鋼淬火后進行高溫(500^"6500C)回火，這種熱處理操作稱為調質處理。調質處理常用于含碳量0.3%-0.5%的優(yōu)質碳素鋼或合金鋼制造的齒輪。調質處理可細化晶粒，并獲得均勻的具有一定彌散度的和具有優(yōu)良綜合機械性能的細密球狀珠光體類組織—回火索氏體。一般經調質處理后，輪齒硬度可達HB220-285，對尺寸較小的齒輪，其硬度可再高些。
(3)表面淬火。表面淬火多用于中碳鋼或中碳合金鋼制齒輪，它是通過改變零件表層組織以獲得硬度很高的馬氏體，而保留芯部韌性和塑性。齒輪經表面淬火后須進行低溫回火，以便降低內應力和脆性。表面淬火齒輪承載能力高，并能承受沖擊載荷。通常淬火齒輪的毛坯可先經正火或調質處理，以便使輪齒芯部有一定的強度和韌度。
(4)滲碳淬火。滲碳淬火是先將齒輪放入滲碳介質中，在900-950℃下加熱、保溫，使輪齒表面增碳，然后進行淬火，使表層得到馬氏體。滲碳淬火齒輪常用含碳量為0.1%-0.25%的合金鋼或高合金鋼制造。滲碳淬火后，齒面硬度為HRC58^-62，一般需進行磨齒或f7齒，以消除熱處理后引起的變形。
(5)滲氮。滲氮是向輪齒表面滲入氮原子形成氮化層。滲氮可提高輪齒的表面硬度、耐磨性、疲勞強度及抗蝕能力。滲氮處理溫度低，故齒輪變形極小，無需磨削或只需精磨即可。滲氮齒輪的材料主要有38CrMoA1A. 30CrMoSiA, 20CrMnTi等。滲氮齒輪由于滲氮層薄(約為0.15^-0.75mm)，硬化層有剝落的危險，故其承載能力一般不及滲碳齒輪高，不宜于承受沖擊載荷或有強烈磨損的場合使用。
英國GKN-Westland直升機公司研究開發(fā)了低碳、高鉻、高鋁、高鎳的低碳高合金鋼M50Ni1，其合金成分相當于高速鋼，淬火后需經三次高溫回火通過合金第二相的沉淀產生二次硬化，具有很高的整體強度和高溫硬度。Birmingham大學進一步進行研究發(fā)現，M5ONi1鋼經滲碳和低溫氮化后，屈服強度在1000 MPa以上，且斷裂韌性保持在IOOMPa "m1/2以上，赫茲應力大幅度增加，齒輪的使用溫度得到了很大提高。
我國目前常用的滲碳材料大致分為三類:
(1)低淬透性滲碳鋼:如15#、20#、20Cr. 20Mn2鋼等，這類鋼淬透性低，經表面處理后心部強度較低，使用于制造沖擊載荷較小的耐磨零件，如小型齒輪減速機里的小齒輪、小軸、蝸桿等。
(2)中淬透性滲碳鋼:如20CrMnMo, 20CrMnTi等，這類材料主要用于制造較大沖擊載荷和要求較高耐磨性的零件，如減速機齒輪、齒軸、花鍵軸套等。
(3)高淬透性滲碳鋼，如18Cr2Ni4W. 20Cr2NiaA等。這類材料經表面處理后強度很高，表面耐磨性好，常用于制造承受重載和強烈磨損的大型零件，如航空發(fā)動機軸及變速齒輪等。
目前國內外的高速、重載齒輪主要采用低碳合金鋼滲碳淬火或中碳合金鋼氮化處理。滲碳鋼材主要為12Cr2Ni4, 20 Cr2Ni4. 18 Cr2Ni4 W. 2OCrNi2Mo, 20CrNi4 .15CrNi3Mo, 17CrNiMo6，這些鋼種含碳量均在0.1%^-0.25%之間，以保證零件心部有足夠的韌性和塑性，并含Cr, Ni. Mo三種合金元素，C:有利于在滲碳層中獲得細小碳化物，Ni有利于提高心部的韌性和強度，Mo的作用是阻止奧氏體晶粒長大，細化晶粒，防止?jié)B碳層剝落及提高心部性能。這類鋼滲碳淬火后心部強度可達到Q，=1100--1300MN/m2，沖擊韌性可達。a k=80- 100J/cm 2。
從國內外低速重載齒輪的應用看，經歷了由軟齒面向滲碳硬齒面的發(fā)展過程。如法國雪鐵龍齒輪公司的重載齒輪生產經歷了三個階段:(1)大、小齒輪均調質，體積和質量都很大，(2)小齒輪滲碳淬火，大齒輪調質，(3)大、小齒輪均采用滲碳淬火并磨齒，提高了精度，承載能力也大大提高，相應還帶來齒輪箱體結構緊湊、體積小、節(jié)約鋼材、減小設備規(guī)格及占地面積小等一系列優(yōu)點。
根據齒輪毛坯的制造方法，鋼制齒輪可以鍛造、鑄造或用軋制圓鋼制造，其中鍛造齒輪因強度較高，故應用較廣。各種齒輪用鋼，其冶煉質量均有一定的要求，熱處理工藝也有很大的區(qū)別，熱處理工藝主要包括.
(1)正火處理。將鋼加熱至Ac3（鐵一碳合金平衡圖中奧氏體析出的開始線)或Acm(鐵-碳合金平衡圖中滲碳體從奧氏體中析出的開始線)以上30-500C，保溫一段時間后在空氣中冷卻，這種熱處理操作叫正火。正火處理可消除齒輪內部過大的應力，增加齒輪的韌性，改善材料的切削性能。正火處理常用于含碳量0.3%^-0.5%的優(yōu)質碳鋼或合金鋼制造的齒輪。
(2)調質處理。將鋼淬火后進行高溫(500^"6500C)回火，這種熱處理操作稱為調質處理。調質處理常用于含碳量0.3%-0.5%的優(yōu)質碳素鋼或合金鋼制造的齒輪。調質處理可細化晶粒，并獲得均勻的具有一定彌散度的和具有優(yōu)良綜合機械性能的細密球狀珠光體類組織—回火索氏體。一般經調質處理后，輪齒硬度可達HB220-285，對尺寸較小的齒輪，其硬度可再高些。
(3)表面淬火。表面淬火多用于中碳鋼或中碳合金鋼制齒輪，它是通過改變零件表層組織以獲得硬度很高的馬氏體，而保留芯部韌性和塑性。齒輪經表面淬火后須進行低溫回火，以便降低內應力和脆性。表面淬火齒輪承載能力高，并能承受沖擊載荷。通常淬火齒輪的毛坯可先經正火或調質處理，以便使輪齒芯部有一定的強度和韌度。
(4)滲碳淬火。滲碳淬火是先將齒輪放入滲碳介質中，在900-950℃下加熱、保溫，使輪齒表面增碳，然后進行淬火，使表層得到馬氏體。滲碳淬火齒輪常用含碳量為0.1%-0.25%的合金鋼或高合金鋼制造。滲碳淬火后，齒面硬度為HRC58^-62，一般需進行磨齒或f7齒，以消除熱處理后引起的變形。
(5)滲氮。滲氮是向輪齒表面滲入氮原子形成氮化層。滲氮可提高輪齒的表面硬度、耐磨性、疲勞強度及抗蝕能力。滲氮處理溫度低，故齒輪變形極小，無需磨削或只需精磨即可。滲氮齒輪的材料主要有38CrMoA1A. 30CrMoSiA, 20CrMnTi等。滲氮齒輪由于滲氮層薄(約為0.15^-0.75mm)，硬化層有剝落的危險，故其承載能力一般不及滲碳齒輪高，不宜于承受沖擊載荷或有強烈磨損的場合使用。
英國GKN-Westland直升機公司研究開發(fā)了低碳、高鉻、高鋁、高鎳的低碳高合金鋼M50Ni1，其合金成分相當于高速鋼，淬火后需經三次高溫回火通過合金第二相的沉淀產生二次硬化，具有很高的整體強度和高溫硬度。Birmingham大學進一步進行研究發(fā)現，M5ONi1鋼經滲碳和低溫氮化后，屈服強度在1000 MPa以上，且斷裂韌性保持在IOOMPa "m1/2以上，赫茲應力大幅度增加，齒輪的使用溫度得到了很大提高。
關鍵字：齒輪減速機
