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齿轮材质选用分析
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   日期:2014-4-3   阅读:1235次
        深圳市圆睿鑫电子经过多年实践经验和场合应用分析认为:一般而言,制作齿轮的材料很多,就钢材而言,表面渗碳钢和调质钢最常用,性能也比较好,现代齿轮很讲究齿面的硬度,很多使用场合不适合采用软齿面齿轮.

    表面渗碳淬火 是提高齿轮硬度的一贯方法,其可以在齿面形成高硬度的表层,非常耐磨,许用接触应力也很高,与此同时,芯部却仍然保持低碳马氏体组织,这种低碳马氏体具有最为优良的综合力学性能,高韧性和高强度集于一身,因此,低碳合金钢表面渗碳淬火的组织被誉为人类迄今为止发现的最为完美的金属组织.不仅最高级的齿轮、轴等采用,就是对材料最具严酷要求的轴承零件也可采用这种材料组织,而且其性能不低于高纯度高碳铬轴承钢淬火组织。

       然而,表面渗碳淬火的工艺要求较高、渗碳费用较高、生产周期较长,另外,采用硬齿面齿轮以后,齿轮强度方面的主要矛盾即齿面接触强度虽然得到大幅度提高(较软齿面齿轮提高5倍以上),但是齿跟弯曲强度提高倍数却没有这么高,也就是说,主要矛盾发生了转化,如果以接触强度为主设计将导致齿跟弯曲强度的裕量不足,更为严重的是,相对而言弯曲强度的重要性比接触强度高得多,接触强度不足导致齿面点蚀最多报废齿轮箱而已,弯曲强度不足导致断齿却是极其严重的设备事故,在载人设备中(如电梯)断齿更是会发生人身伤亡事故!因此,在断齿可靠性要求高的场合中,渗碳硬齿面齿轮是否真有必要就成为了疑问。

       为此,我们比较了各种钢材的力学性能,发现低碳马氏体的“屈服”强度在1000兆帕左右,而高强度弹簧钢60Si2CrVA淬火回火后形成屈氏体组织后其屈服强度可达1600兆帕,也有很好的弹性、韧性和极好的疲劳性能,这种性能正好可以满足齿轮对于弯曲强度的要求,而且,其硬度也达到HRC48~52,虽比渗碳硬齿面HRC55~62低,但比中硬齿面HRC40~50高,因此也有满意的接触疲劳强度。这样的材料配置就平衡了齿轮 接触强度和弯曲强度的矛盾。

       上述材料及其热处理费用比渗碳淬火齿轮要低,也不高于调质齿轮,因此我们认为是一个值得推广的方案。另外,为了进一步增加齿面硬度,可以采用简单的齿面硬化淬火技术,例如火焰淬火或者等离子弧火焰淬火,这道工序要求不高,即使表面淬火质量不高,只要不发生过烧可以说对齿轮没有什么重大影响,而其费用却极其低廉。尤其是等离子弧火焰温度高达11000~28000度,可以快速加热齿面(类似于激光表面淬火),使得奥氏体来不及长大从而形成极细的晶粒组织,操作得当可以达到HRC62以上的表面硬度,淬硬深度可达1mm以上,因此也是值得推广的工艺技术之一。

 

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