【正文】 1～302視規(guī)定415450550690830275310380485620* 更詳細的資料請參閱ASTM A536或SAE J434。拉伸試驗應(yīng)按ASTM E8“金屬材料的標準拉伸試驗方法”進行，%殘余變形法來確定。硬度試驗應(yīng)按ASTM E10“金屬材料的布氏硬度標準試驗方法”進行，硬度測試應(yīng)該在輪緣厚度中部或齒寬中部的節(jié)圓附近位置。的大概位置上；若要求測量四點硬度，兩點位于上側(cè)（其中一點位于冒口附近，另一點與冒口相隔近似180176。；若要求測量測量八點硬度，上下兩側(cè)各四點，并兩兩相隔90176。當由同一包鐵水或同一鑄錠取作許多小鑄件，并在同一爐中進行熱處理時，可征得齒輪部門的認可進行抽樣檢驗。ADI的高性能是由于嚴格控制化學成分及等溫淬火熱處理而得到的。通過改變等溫淬火溫度及轉(zhuǎn)變時間，可以得到不同的性能指標。 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是一種經(jīng)過熱處理的白口（激冷）鑄鐵。一般已為球墨鑄鐵所取代。 粉末金屬（p/m）粉末金屬件是通過擠壓模腔中的金屬粉末并加熱（燒結(jié)），而使粉末形成冶金坯塊，然后，可以通過再擠壓或校形以得到更精確的形狀和尺寸或改善機械性能。由于省去了許多加工工序而降低了成本，對于大批量生產(chǎn)可以保持精確的尺寸控制，但是，由于加工模具的成本高，一般只有當大批量生產(chǎn)時才能有效降低成本。密度是粉末冶金最重要的指標。近年來，～?？梢圆捎脻B碳或碳氮共滲工藝，這是由于低密度材料疏松，易于擴散。應(yīng)當避免采用鹽浴加熱和水淬。粉末冶金件的塑性顯著低于鍛鋼件。若采用特殊的顯微硬度測量技術(shù)，可以得到更精確的結(jié)果。熱處理后的粉末冶金合金拉伸強度為690～1176MPa，%或稍低，隨密度及合金種類而變化。雖然這種工藝的成本要顯著高于常規(guī)粉末冶金工藝，但是，當標準（常規(guī)）工藝達不到所要求的機械性能，而且工件批量較大時，采用這種工藝還是劃算的。（1）硬質(zhì)合金模具耐磨耐用，在長期生產(chǎn)中仍能使齒輪保持足夠的精度。（3）粉末金屬齒輪易于加工成“死角”，不必為滾刀留有倒角，并對“死端”強度有輔助加強作用。隨著技術(shù)發(fā)展，傘齒輪、等徑傘齒輪、斜齒輪及其它特殊齒輪也有可能采用粉末金屬制做。 其它鋼鐵材料除了本手冊已述及的齒輪材料外，還有其它幾種鋼鐵材料可用于齒輪，其中包括熱作工具鋼（H系列），高速鋼，奧氏體、馬氏體及沉淀硬化不銹鋼等，對于某些強度要求非常高的齒輪，則通常采用特殊化學成分的合金鋼。使用條件比較苛刻的高參數(shù)齒輪，如航空齒輪、高速齒輪，一般采用真空脫氣合金鋼鍛件，并經(jīng)過真空電弧重熔（VAR）或電渣重熔（ESR）精煉處理，這些工藝可改善清潔度，獲得高質(zhì)量鋼材。鍛鋼的橫向及切向機械性能對于齒輪是至關(guān)重要的，如圖42所示。由于鍛坯是經(jīng)過熱加工而成形，因此比鑄件更加致密。致密的鑄件可獲得優(yōu)于鍛件橫向（試樣軸向與夾雜或晶粒流向垂直）的機械性能（塑性、沖擊強度及疲勞強度），圖42表明，齒輪承載能力主要決定于鍛坯的橫向或切向性能。齒圈鋼材必須具有足夠的淬透性，以保證565℃以上回火溫度下得到足夠的硬度，所以，拼焊件應(yīng)在540℃以上溫度（低于回火溫度28℃）下消除應(yīng)力。 銅基材料齒輪有色金屬齒輪主要用銅、鋁、鋅的合金制造。 齒輪用青銅合金這類青銅中有四種是最常用的有色齒輪材料，其主要特點是具有優(yōu)良的滑動抗磨性，適合于與較高滑動速度的鋼制蝸桿配合。這種青銅韌而硬，并具有良好的抗腐蝕能力。（2）錳青銅。（3）鋁青銅。隨著其強度的提高，塑性下降。其承載能力好于錳青銅但次于磷青銅。由于這種青銅成本較低且無磁性，因此，一般用于電氣輕載齒輪。其它黃銅由于高強度也可用于齒輪，但難于加工，其抗磨損性能稍低于高強度錳青銅。這類齒輪材料包括青銅、黃銅及其它銅合金。 鑄造銅合金銅基鑄件是按冶煉方法、熱處理工藝、化學成分或種類、硬度及拉伸性能來分類。各種鑄銅試樣的機械性能列于表413。與SAE、原SAE及ASTM的對應(yīng)關(guān)系可參閱SAE報告SAE J461。表411 可鍛青銅合金的典型機械性能青銅合金UNS號*原AGMA號拉伸強度MPa（min）屈服強度MPa（min）延伸率（min）50mm.%硬度HB（min）3000kgfC62300C62400C63000C64200C67300————ALBR 6ALBR 5——6206556206404853103453104152752512172625—200—90110注：UNS為統(tǒng)一編號系統(tǒng)的縮寫。對于更多關(guān)于銅合金資料，可參閱SAE J462及463。與SAE、原SAE及ASTM的對應(yīng)關(guān)系可參閱SAE報告SAE J461。** %以下31表13 鑄銅合金件的性能①青銅合金UNS號②原AGMA號鑄造方法及狀態(tài)拉伸強度MPa（min）屈服強度MPa（min）③延伸率（min）50mm,%硬度HB（min）④500kgf3000kgfC86200C86300C86500C86500C90700C90700C92500C92500C92700C92700C92700C95200C95200C95300C95300C95300C95400C95400C95400C95400C95500C95500C95500C95500MNBR 3MNBR 4MNBR 2MNBR 2BRONZE 2BRONZE 2BRONZE 5BRONZE 5BRONZE 3BRONZE 3ALBR 1ALBR 1ALBR 2ALBR 2ALBR 2ALBR 3ALBR 3ALBR 3ALBR 3ALBR 4ALBR 4ALBR 4ALBR 4砂型、離心連鑄砂型、離心連鑄砂型、離心連鑄連鑄砂型連鑄砂型連鑄砂型連鑄砂型、連鑄砂型、離心鑄造連鑄連鑄砂型、離心鑄造砂型、離心鑄（HT）⑤砂型、離心鑄造連鑄砂型、離心（HT）連鑄（HT）砂型、離心鑄造連鑄砂型、離心（HT）連鑄（HT）62076045048524027524027524026031045047045048555051558562065562065576076031041517017012517012516512514017017018017018027520522031031027529041542513122025101010101088202020251212126106105817019211211270807080708090116116116116121140140190190175175202202說明：① 根據(jù)AGMA ，其中材料系數(shù)Ks取決于具體鑄件狀態(tài)。與SAE，原SAE及ASTM的對應(yīng)關(guān)系可參閱SAE報告SAE J461。③ a. 屈服強度由加載試驗時的延長量來確定，受荷下的極限延長量由公式x=y/z+。④ 征得用戶認可，可使用其它負荷測量BHN，如1000kgf、1500kg。 銅合金鑄件的一般資料有關(guān)鑄銅合金的生產(chǎn)、化學成分、熱處理、拉伸性能、硬度及硬度控制、鑄態(tài)組態(tài)組織及補充要求參考下列資料。鑄件生產(chǎn)部門可對齒部以外的部位進行焊補。（2）熱處理：按要求對鑄銅件進和熱處理，以達到所要求的機械性能?；瘜W分析應(yīng)以澆注時的取樣分析為準。如果化學成分有出入，可參考ASTM E54項，“特殊青銅及黃銅的標準化學分析方法”。硬度測試應(yīng)在最終熱處理后在輪齒部位進行。（5）鑄件拉伸性能：只有當提出要求時，才進行拉伸試驗。對于砂型鑄造，拉伸試樣可附在鑄件上，或單獨鑄造。說明：附著型試樣或獨立型試樣并非要一定代表鑄件的性能。每一爐料或每454kg熔料應(yīng)澆鑄三個試樣，當單個鑄件重量大于454kgf時屬于例外。對于每組三個鑄造試樣，先對其中一個進行試驗，如果該試樣滿足拉伸強度要求，則可認為整批鑄件合格。（6）硬度控制：齒輪生產(chǎn)部門可抽樣檢查鑄件硬度，檢驗數(shù)量可以任意，檢驗位置可在鑄件外徑25mm處或25mm范圍內(nèi)，或在圖紙指定位置。硬度檢查也可選擇在位于或靠近齒根圓直徑處，但應(yīng)當由用戶和齒輪生產(chǎn)部門協(xié)商同意。齒根圓處的最低硬度應(yīng)由用戶和鑄件生產(chǎn)部門協(xié)商提出要求。（7）鑄件組織：如果提出要求，鑄造部門應(yīng)在提供硬度、化學分析及機械性能報告的同時，提供金相試樣或金相照片。（a）采用合理的鑄造工藝，單獨靜態(tài)激冷澆鑄試樣與單獨離心澆注的試樣應(yīng)該具有相同的性能。（c）鑄銅合金件的晶粒度與冷卻速度和工件厚度有關(guān)，對于離心鑄件。（d）對于靜態(tài)鑄造銅合金的晶粒尺寸，應(yīng)由用戶和鑄造部門協(xié)商決定鑄件各個部位，尤其是齒部的晶粒度。 其它有色金屬材料除了上述比較常用的有色金屬齒輪材料外，有時采用可鍛鋁合金及銅鈹合金，對于這些材料需經(jīng)過用戶和供方的協(xié)商而制訂專門規(guī)范。由于非金屬材料的應(yīng)用范圍廣泛，因而各種類型非金屬材料的工程數(shù)據(jù)一般很容易從生產(chǎn)部門取得。材料的改進、齒輪模具設(shè)計及成形技術(shù)的提高、工程數(shù)據(jù)積累以及多種塑料齒輪的成功應(yīng)用，使塑料做為小模數(shù)齒輪工程材料的重要地位得以確定。五、熱處理熱處理是通過加熱和冷卻來使齒輪材料達到要求性能的工藝。鋼鐵材料的常用熱處理工藝有：（1）預(yù)熱處理 退火 正火加回火 淬火加回火 消除應(yīng)力回火（2）熱處理 整體硬化（退火、正火、正火加回火、淬火加回火） 表面硬化（火焰淬火、感應(yīng)淬火）和化學熱處理（滲碳、碳氮共滲及氮化）。 整體硬化處理整體硬化齒輪加熱到規(guī)定的溫度，然后爐冷、空冷或液體冷卻。整體硬化通常有三種工藝。某些淬火硬化的演變工藝，如奧氏體等溫淬火及馬氏體等溫淬火，對于鋼制齒輪并不常用，因此這里不予討論。注：整體硬化并非意味著工件整個截面硬度相同， 淬透性部分。當要求硬度較低時，退火可做為最終熱處理。退火可以降低硬度，改善加工性能，降低殘余應(yīng)力而提高尺寸穩(wěn)定性。 正火正火就是把鋼件或其它鐵合金加熱至817～982℃，然后出爐在靜態(tài)空氣或流動空氣中冷卻的一種工藝。但是，%C以下的普碳鋼，無論工件尺寸如何，正火都不能得到顯著高于退火的硬度。正火加回火后鋼件的典型硬度范圍列于表42中。正火或退火用于鍛鋼可以改善組織不均勻性，如偏析組織（帶狀組織），以及由于機械加工而引起的晶粒變形組織。 淬火及回火鋼鐵合金的淬火即是把工件加熱至802～871℃奧氏體化，然后快速冷卻?；鼗饡共牧嫌捕群蜋C械強度有所降低，但卻改善了材料塑性韌性（抗沖擊能力）?；鼗鹩捕戎惦S回火溫度的提高而降低。表43列出了某些鋼材的硬度。 應(yīng)用原則：在下列情況下，可采用淬火、回火工藝。（3）當工件整個截面都需要強化（即要求心部性能）而又不受其后續(xù)熱處理（如氮化、火焰淬火、感應(yīng)淬火、電子束硬化及激光硬化）影響時。：淬透性部分。選擇回火溫度時必須謹慎，應(yīng)根據(jù)所要求的硬度范圍、工件的淬火硬度以及材料種類?；鼗鸷蟮挠捕入S回火溫度的提高而降低，工件回火后一般出爐空冷。必須注意，對于某些鋼材，若在425～650℃回火會產(chǎn)生脆性，而影響使用，這種現(xiàn)象稱為“回火脆性”，一般認為是由于合金元素的偏析或沿鐵素體和原奧氏體晶界析出化合物所致。目前已經(jīng)證明，～%Mo可消除大多數(shù)材料的回火脆性。 設(shè)計規(guī)范設(shè)計人員應(yīng)在圖紙上標明下列要求：（1）鋼號（2）淬火回火硬度范圍硬度范圍上下限差值應(yīng)在4HRC或40HB之內(nèi)。482℃以下的溫度回火應(yīng)取得用戶認可。例如，硬度檢驗或無損檢驗（磁粉探傷或著色浸潤探傷）并包括檢測次數(shù)。長期以來人們已把這樣測得的硬度作為是否符合規(guī)定的判據(jù)。須知，硬化層深度取決于鋼材種類（淬透性），要求控制的截面尺寸（見附錄B）及熱處理工藝等，因而這些表面雖然能達到規(guī)定硬度卻并不一定能保證齒根部位也能達到硬度要求。然而，應(yīng)該注意，不要無謂地把已經(jīng)能滿足服役條件（壽命）要求的鋼材換成更高的淬透性的鋼材，這無疑需要增加材料成本。關(guān)于各種結(jié)構(gòu)齒輪（熱處理后切齒）的控制截面見附錄B圖示。 消除應(yīng)力處理消除應(yīng)力處理用于消除由預(yù)備熱處理、機加工、冷變形、焊接或其它制造工藝所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。如果采用下限溫度593℃還會使硬度低于要求的下限時，則可采用較低溫度或有時采用低溫長時間保溫方法。 大壓縮量、冷拉、應(yīng)力消除處理的鋼棒這類鋼材可做為淬火、回火鋼的代用鋼材，但在相同的拉伸性能下，其疲勞性能可能低于淬火回火鋼。 火焰淬火及感應(yīng)淬火齒輪的火焰淬火和感應(yīng)淬火即是把輪齒加熱到788～871℃，然后進行淬火并回火的工藝操作。這兩種工藝使輪齒形成耐磨性好的硬化層，而且顯然只有被加熱到要求深度的那些表面才能在淬火后達到硬化效果，見圖51和圖52。 火焰淬火及感應(yīng)淬火方法這兩種表面淬火均可采用旋轉(zhuǎn)套圈式加熱硬化法或逐齒加熱硬化法。隨即迅速淬火。對于較大模數(shù)齒輪可以采用逐齒硬化法，這種方法有兩種形式：一種是感應(yīng)器或火焰噴頭置于齒槽之中，使齒底及相對齒面加熱淬火；另一種則是加熱器騎在單個齒頂上，使齒頂和該齒的兩則齒面加熱淬火。而對于騎齒單齒淬火的齒輪只有齒面的抗磨損性能可以保證，齒