【文章內(nèi)容簡介】 故金屬材料仍然是機械工程材料的主力軍 。從這個意義上來講 ， 人類仍然生活在以鋼鐵材料為主的 “ 鐵器時代 ” 。 以載重汽車用材的重量為例 ， 鋼占 65％ 、 鑄鐵占 20％ 、 有色金屬占 3％ 、 非金屬材料約占 12％ 。 在輕型汽車和轎車中 ， 非金屬材料的用量雖有所增加 ， 但金屬材料仍占主體 。 二、齒輪類零件選材 應用極廣的重要機械零件，其主要作用有傳遞扭矩（力或能），改變運動速度或方向。 不同的齒輪，其工作條件、失效形式和性能要求各有不同。 齒輪類零件的性能要求 1． 工作條件 ① 傳遞扭矩 ， 齒根部承受較大的交變彎曲應力； ② 齒面嚙合并發(fā)生相對滑動與滾動 ， 承受較大的交變接觸應力及強烈的摩擦； ③ 啟動 、 換檔或嚙合不良 ， 齒輪承受一定的沖擊力； ④ 有時有其它特殊條件要求 ， 如耐高 、 低溫要求 ， 耐蝕要求， 抗磁性要求等 。 2． 主要失效形式 ① 斷裂 —— 包括交變彎曲應力引起的輪齒疲勞斷裂和沖擊過載導致的崩齒與開裂； ② 齒面損傷 —— 包括交變接觸應力引起的表面接觸疲勞 （ 麻點剝落 ） 和強烈摩擦導致的齒面過度磨損； ③ 其它特殊失效 ， 如腐蝕介質(zhì)引起的齒面腐蝕現(xiàn)象 。 3． 主要性能要求 ① 高的彎曲疲勞強度 ， 防止輪齒的疲勞斷裂 。 ② 足夠高的齒面接觸疲勞極限和高的硬度 、 耐磨性 ， 以防齒面損傷 。 ③ 足夠的齒心部強韌性 ， 以防沖擊過載斷裂 。 （ 1） 鍛鋼 齒輪的主要材料 。 鍛造可改善鋼的組織并形成有益的加工流線， 力學性能優(yōu)良 。 重要用途的齒輪大多采用鍛鋼制造 。 主要包括： ① 低碳鋼及低碳合金鋼 20Cr、 20CrMnTi、 18Cr2Ni4WA等 ， 可通過退火或正火來改善切削加工性能 ， 通過滲碳后淬火＋低溫回火來保證齒輪的使用性能 。 具有表面高硬度 (56～ 62HRC)和高耐磨性 、高的彎曲疲勞極限和接觸疲勞極限 ， 心部具有足夠高的強韌性；故適合于制造 高速 、 大沖擊的中載和重載齒輪 。 ② 中碳鋼 45鋼可用作 低中速、輕中載、小沖擊 的齒輪，依據(jù)具體工作條件不同，可在正火、調(diào)質(zhì)、表面淬火狀態(tài)下使用；40Cr、 40MnB合金鋼的綜合力學性能優(yōu)于 45碳鋼，可用做相對重要的齒輪，多在表面淬火狀態(tài)使用，少數(shù)情況也可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)使用。 ③ 中碳氮化鋼 40Cr、 35CrMo、 38CrMoAl鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后再表面滲氮處理，力學性能優(yōu)良、變形微小，主要用做 高精度、高速齒輪 。 （ 2）鑄鋼 鑄鋼 齒 輪 的 力 學 性 能 比 鍛鋼差，較少使用，但對某些尺寸大 (＞ Ф500mm)、形狀復雜的齒輪，采用鑄鋼較為合理。常用鑄鋼牌號有 ZG270— 500、 ZG310— 570、 ZG40Cr等。鑄鋼齒輪加工后一般也是進行表面淬火＋低溫回火處理，但對性能要求不高、低速齒輪，也可在調(diào)質(zhì)狀態(tài)、甚至正火狀態(tài)下使用。 （ 3） 鑄鐵 灰鑄鐵齒輪具有優(yōu)良的 減摩性 、 減振性 ， 工藝性能好且成本低， 其主要缺點是強韌性欠佳 ， 故多用于制作 低速 、 輕載 、 不受沖擊 的非重要齒輪 。 常用牌號有 HT200、 HT250、 HT350等；由于 球墨鑄鐵 的 強韌性 較好 ， 故采用 QT600 QT5007代替部分鑄鋼齒輪的趨勢越來越大 。 鑄鐵齒輪的熱處理方法類似于鑄鋼齒輪 。 （ 4） 非鐵金屬 在 儀器儀表 及某些特殊條件下工作的輕載齒輪 ， 由于有耐蝕 、無磁 、 防爆等特殊要求 ， 可采用一些耐磨性較好的有色金屬材料制造 ， 其中最主要的是 銅合金 ， 如黃銅 (如 H62)、 鋁青銅 (如QAl94)、 錫青銅 (如 )、 硅青銅 (如 QSi31)等 。 （ 5） 粉末冶金材料 粉末冶金齒輪材料可實現(xiàn)精密的少 、 無切削加工方法 ， 特別是隨著粉末熱鍛新技術的應用 ， 所制造的齒輪力學性能優(yōu)良 、 技術經(jīng)濟效益高 。 粉末冶金材料一般適用于大批量生產(chǎn)的小齒輪， 如汽車發(fā)動機的定時齒輪 （ 材料 ） 、 分電器齒輪 （材料 ） 、 農(nóng)用柴油機中的凸輪軸齒輪 （ 材料FeCuC） 、 聯(lián)合收割機中的油泵齒輪 。 對 開式傳動 齒輪 ， 或 低速 、 輕載 、 不受沖擊或沖擊較小 的齒輪 ， 宜選相對價廉的材料 ， 如鑄鐵 、 碳鋼等； 對 閉式傳動 齒輪 ， 或 中高速 、 中重載 、 承受一定甚至較大沖擊 的齒輪 ， 則宜選用相對較好的材料 ， 如優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼、 并須進行表面強化處理； 在 齒輪副選材 時 ， 為使兩者壽命相近并防止咬合現(xiàn)象 ， 大 、小齒輪宜選不同的材料 ， 且兩者硬度要求也應有所差異 ， 通常小齒輪應選相好的材料 、 硬度要求較高一些 。 * 運行平穩(wěn)無強烈沖擊、載荷不大、轉速中等，對表面耐磨性和心部韌性要求不太高。大多采用 碳鋼 ( 45鋼)制造，經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后再進行表面淬火＋低溫回火，其齒面硬度可達 50HRC，齒心硬度為 220～ 250HBS，可滿足性能要求；對部分性能要求較高的齒輪，也可選用 中碳合金鋼(40Cr、 40MnB、 40MnVB等 )制造，其齒面硬度可提高到58HRC左右、心部強韌性也有所改善；極少數(shù)高速、高精度、重載齒輪，還可選用 中碳氮化鋼 (如 35CrMo、 38CrMoAlA等 )進行表面滲氮處理制造。 機床齒輪的簡明加工工藝路線： 下料 → 鍛造 → 正火 → 粗 加 工 → 調(diào)質(zhì) → 精加工 → 表面淬火＋低溫回火 → 精磨 正火 可使鍛造組織均勻化 、 便于切削加工 、 可作為表面淬火前的預備組織 、 并保證齒心的強韌性 。 調(diào)質(zhì)處理 可使齒輪具有較高的綜合力學性能 ， 改善齒心的強韌性進而使齒輪能承受較大的彎曲載荷和沖擊載荷 。 表面淬火 可提高齒輪表面的硬度 ， 耐磨性和疲勞性能 。 低溫回火 的作用主要是消除淬火應力 。 、 拖拉機齒輪 工作條件惡劣 ， 特別是主傳動系統(tǒng)中的齒輪；受力較大 ， 易過載 ， 變速時受到頻繁的強烈沖擊；對材料的耐磨性 、 疲勞性能 、 心部強韌性的要求高 ， 采用 中碳鋼表面淬火 已 難 滿足使用的需要