齿轮知识之齿轮材料

渗碳硬化钢

这是指低碳合金钢。含碳量为 0.15% ? 0.20% 的钢中添加了 Ni，Cr，Mo，Mn 等元素，通过渗碳淬火处理提高表面硬度后使用。
一般使用的材料如下表所示。

铝青铜铸造合金

青铜铸造合金

机械结构用碳素钢钢材

最为普及的材料。可以施加高频淬火处理。

铬钼钢钢材

经过淬火，回火，高频淬火后使用。

淬火

对轮齿表面进行硬化处理以提高轮齿强度。方法有很多，具有代表性的有以下几种。

渗碳淬火

渗碳 => 淬火 => 洗净 => 回火 => 喷砂处理 => 检查

【方法】
一般使用碳酸气进行气体渗碳。
- 表面硬度 ??? 55 - 60HRC
- 硬化深度 ??? 1.0 ㎜左右 （使用负载越大，硬化层就需越深）
低碳合金钢在渗碳环境中加热到转变点以上并保持这个温度，碳素从表面渗入。 

【特点】
由表面到中心部，硬度由硬到软连续变化，所以表面硬而内部富有韧性。

 
           

            左图 / 渗碳淬火炉                            右图 / 齿轮的淬火层

高频淬火

【方法】

  

调质材 => 淬火 => 回火

【特点】
只有被感应圈所加热的周围产生硬化。
根据形状使用各种不同的感应器，不熟悉操作的话，会产生裂纹及翘曲变形。
为了防止淬火裂纹，使用含硫，含磷量少的材料。
通常，含碳量在 0.55% 以下的材料产生淬火裂纹的可能性比较小。

 
左图 / 淬火设备                                            右图 / 回火炉

总结：齿轮材料的选择主要取决于齿轮的用途、工作环境、载荷情况和制造工艺。以下是一些常见的齿轮材料及其适用场景：

 1. 钢材

- 低碳钢（如AISI 1018, 1020）：适用于轻载齿轮，易于加工和热处理。

- 中碳钢（如AISI 1045, 1050）：适用于中等载荷齿轮，通常经过淬火和回火处理以提高硬度和强度。

- 合金钢（如AISI 4140, 4340）：适用于高载荷齿轮，具有良好的韧性和疲劳强度，常用于汽车和工业机械中。

- 不锈钢（如AISI 304, 316）：适用于耐腐蚀要求高的环境，如食品加工设备和化工机械。

 2. 铸铁

- 灰铸铁（如GG25）：适用于中等载荷、速度较低的齿轮，具有良好的减振性能。

- 球墨铸铁（如GGG40）：适用于高载荷齿轮，具有更高的强度和韧性。

 3. 有色金属

- 青铜（如锡青铜CuSn10）：适用于低速、高负荷齿轮，具有良好的耐磨性和自润滑性能，常用于蜗轮。

- 黄铜（如CuZn40）：适用于中低载荷齿轮，成本较低，易于加工。

 4. 塑料

- 尼龙（如PA6, PA66）：适用于低载荷、低速度的齿轮，具有自润滑性和耐腐蚀性，常用于家用电器和轻型机械。

- 聚酯（如PBT, PET）：具有较好的机械强度和耐热性能，适用于中低载荷齿轮。

 5. 复合材料

- 玻璃纤维增强尼龙：适用于中载荷齿轮，具有较高的强度和耐磨性，常用于汽车和电动工具中。

 材料选择的考虑因素

- 载荷情况：高载荷齿轮需要选择高强度、高硬度的材料，如合金钢和球墨铸铁。

- 速度和摩擦：高速齿轮需要材料具有良好的耐磨性和低摩擦系数，如青铜和尼龙。

- 工作环境：腐蚀性环境需要选择耐腐蚀材料，如不锈钢和塑料。

- 成本和加工性：需要综合考虑材料成本和加工难度，低碳钢和黄铜加工性好且成本低，但强度较低。

选择齿轮材料时，需要根据具体的应用场景和需求综合考虑各项因素，以确保齿轮的性能和寿命满足设计要求。

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