齿轮材料选择及其要求
齿轮材料选择及其要求
众所周知,齿轮传动应用及其广泛,几乎所有机器设备、施工机械、车辆都离不开它,提高齿轮使用寿命其经济价值是不言而喻的,齿轮使用寿命与设计、制造、使用条件和维护有关,其中齿轮材料的选择是极其重要因素之一。
一、材料选择应考虑的因素
1、载荷大小:载荷大小直接决定齿轮承受的接触应力和弯曲应力,提高材料屈服强度和疲劳极限有利于提高齿轮寿命,在没有冲击载荷情况下,低载荷可以选用Q235B或Q345B材料,高载荷可以选用45#、40Cr或40MnB材料。 2、冲击载荷:冲击载荷容易造成齿轮受力部位应力集中,使材质组织缺陷和齿轮制造加工缺陷变得更加敏感,以致材料基体组织韧性显得格外重要,低碳合金钢调质后具备优良的强韧性,考虑到齿轮表面高硬度的要求,所以在有冲击载荷情况下,低碳合金渗碳钢成为首选材料,如20CrMnTi、20CrNiMo等。 3、齿轮转速:随着齿轮转速不断提高,齿轮的疲劳失效成为主要矛盾;当齿轮转速大于3000r/min时,人们称之为高速齿轮。根据前人大量的研究成果,低碳合金钢硬度在30-35HRC范围内,材料具有抗疲劳性能,所以为了保证齿轮内部硬度,应当选择保证淬透性结构,如20CrMnTiH、20CrNiMoH等。
4、精密传动:为了保证齿轮传动平稳无噪声,齿轮不但尺寸精度要高,而且尺寸要稳定。淬火+高温回火生成回火索氏体,不但硬度适中便于提高齿轮精工精度,而且回火索氏体组织使得齿轮保持尺寸稳定;但是齿轮表面需要耐磨,要求高硬度,如进行表面淬火或渗碳淬火,容易使得齿轮变形,以致精密齿轮常使用渗氮处理,故齿轮材料应选择渗氮钢或中碳铬钼钢,如38CrMoAl、42CrMo。 5、介质:在腐蚀性的介质中使用齿轮,原则上应选择青铜或不锈钢材料等耐腐蚀材料,腐蚀磨损是个专业性很强的领域,这里就不做探讨。
二、齿轮材料选择一览表
常用齿轮材料选择见下表:
三、齿轮材料质量要求
1、化学成分与机械性能
碳素结构钢:按GB/T700-2006标准规定; 优质碳素钢:按GB/T699-1999标准规定;
低合金高强度结构钢:按GB/T1591-2008标准规定; 合金结构钢:按GB/T3077-1999标准规定; 保证淬透性结构钢:按GB/T5216-2004标准规定; 2、晶粒度
合金结构钢和保证淬透性结构钢晶粒度不小于5级。 3、非金属夹杂物
合金结构钢和保证淬透性结构钢非金属夹杂物级别符合下表
4.低倍组织
不应有可见的缩孔、气泡、裂纹、夹杂、分层、翻边和白点;优质钢疏松和偏析不超过3级,高级优质钢疏松和偏析不超过2,级,渗氮钢疏松和偏析级别对应小0.5。 5、含氧量
合金结构钢和保证淬透性结构钢含氧量小于20ppm。 6、末端淬透性
保证淬透性结构钢应符合GB/T5216-2004,据末端15mm硬度32-39HRC为宜。
四、材料检验要求
齿轮设计时,往往要进行疲劳强度核算,材料疲劳许用强度值往往是一个范围,当你取其上限时,材料的进厂检验必然是严格的,若你取其下限时,往往就不用进厂检验。检验严格程度一般可分为ME、MQ、ML三级。
1、严格检验(ME级)
验证:原厂钢材化学成分和机械性能检测报告; 原厂钢材非金属夹杂物检测报告
原厂钢材含氧量检测报告 原厂钢材晶粒度检测报告 原厂钢材淬透性检测报告
抽检:硬度 化学成分
淬透性 低倍组织
2、中等(MQ级)
验证:原厂钢材化学成分和机械性能检测报告; 原厂钢材非金属夹杂物检测报告
原厂钢材含氧量检测报告 原厂钢材晶粒度检测报告 原厂钢材淬透性检测报告
抽检:硬度 3、一般(ML级)
验证:原厂钢材化学成分和机械性能检测报告; 抽检:硬度