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如何选取合适的齿轮钢?
选择正确的齿轮钢是保证齿轮传动良好运转的前提,那么如何正确选择合适的齿轮钢呢?上海艾荔艾金属材料有限公司经理林正则介绍说,选取齿轮钢种之前,我们要对齿轮钢种有个大概的认识。
林正则指出,齿轮用钢基本上可分为两大类:(渗碳钢和氮化钢)和调质钢,现分述如下:
(1)渗碳钢
在高温作用下能使活性碳原子渗入钢材表面的钢叫渗碳钢。它在淬火后的特点是工作表面耐磨、耐压,而心部仍保持足够的强度和韧性。含碳里在0.2一0.3%左心的低碳钢可用作渗碳钢。在一般大齿轮中最常用的是15号和20号钢,与上述含碳量差不多的合金结构钢15Cr和20Cr也用得很多。此外,能用作渗碳齿轮的合金钢还有12Ni2A、12CrNi3A、12Cr2Ni4A、18CrNiMoA、18Cr2Ni4WA、 以及18CrMnTi等。
渗碳钢价格低廉,但淬透性差,放主要用于制造工装设备上承受载荷不大的大齿轮。当承受载荷仍较大时,则可选用强度较高的l5Cr或20Cr。对于—般比较至要的大齿轮则多选用18CrMnTi,这种钢表面耐磨而心部强韧,冲击创性较高,淬火变形极小,切削性能良好,且于制造形状复杂的齿轮,但其淬透性差,故主要用于制造截面公30毫米以下,承受高速和中等载荷的齿轮。
在航空产品上常以12CrNi3A、12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A和18Cr2Ni4WA等作为重要齿轮材料。其中12CrNi3A因含有较多的合金元素(3%Ni和0.8%Cr),故具有较高的淬透性和较大的强度,当零件直径为80毫米时,仍具有良好的综合机械性能,故常用来制造载荷较高的齿轮。但与12Cr2Ni4A及18Cr2Ni4WA等相比,其心部强度较低,淬透性较差,同时渗碳能力差,渗碳时间长。因此对尺寸很大、载荷较高的齿轮,多选用12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA。但是,在应用上述两种材料时必须注意:由于其铬、镍含量很高,淬火后,在渗碳层内往往有大量的残留奥氏体(20一40%),形成软点,如不消除这些残留奥氏体,就会大大降低表层的耐磨性和疲劳强度。因此,这些材料在渗碳后需进行高温回火(650℃一700℃),或在淬火后进行冰冷处理(一80℃)以消除这些残留奥氏体。这样就使材料的热处理复杂化,同时由于反复加热冷却,使材料易于变形,特别是18Cr2Ni4wA在热处理时变形很大,如掌握不当,会造成齿轮超差。
(2)氮化钢
合金钢中含有铝、钼、铬等元素的最适合作氮化钢。氮化能提高表面硬度,增加耐磨性。最常用的材料是38CrMoA1A,它主要用于那些表面要求很高硬度和耐磨性或需要良好的耐蚀性、耐热性、抗疲劳强度,以及要求热处理变形很小的大齿轮零件。
(3)调质钢
调质钢可提高心部强度,但表而强度不是很高。调质钢的特点是:有良好的综合机械性能,即也具有高强度的同时,还应具有足够的塑性和韧性;有良好的淬透性,即应保证整个截面具有良好的综合机械性能;有良好的工艺性,即易于进行热处理及冷热加工(如锻造及切利加工等)。调质钢的最后热处理为淬火与高温回火,即调质处理,要求较高的齿轮都要进行调质。常用的调质钢为45号钢、38CrA、40Cr及40CrNi等。对于一些局部要求耐磨的大齿轮可采用表面淬火的方法,使其局部硬度增加,并可增加其疲劳强度。如38CrA表面进行高频淬火后,硬度可提高到HRC50一55。
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