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如何選取合適的齒輪鋼?
選擇正確的齒輪鋼是保證齒輪傳動良好運轉的前提,那么如何正確選擇合適的齒輪鋼呢?上海艾荔艾金屬材料有限公司經理林正則介紹說,選取齒輪鋼種之前,我們要對齒輪鋼種有個大概的認識。
林正則指出,齒輪用鋼基本上可分為兩大類:(滲碳鋼和氮化鋼)和調質鋼,現分述如下:
(1)滲碳鋼
在高溫作用下能使活性碳原子滲入鋼材表面的鋼叫滲碳鋼。它在淬火后的特點是工作表面耐磨、耐壓,而心部仍保持足夠的強度和韌性。含碳里在0.2一0.3%左心的低碳鋼可用作滲碳鋼。在一般大齒輪中最常用的是15號和20號鋼,與上述含碳量差不多的合金結構鋼15Cr和20Cr也用得很多。此外,能用作滲碳齒輪的合金鋼還有12Ni2A、12CrNi3A、12Cr2Ni4A、18CrNiMoA、18Cr2Ni4WA、 以及18CrMnTi等。
滲碳鋼價格低廉,但淬透性差,放主要用于制造工裝設備上承受載荷不大的大齒輪。當承受載荷仍較大時,則可選用強度較高的l5Cr或20Cr。對于—般比較至要的大齒輪則多選用18CrMnTi,這種鋼表面耐磨而心部強韌,沖擊創性較高,淬火變形極小,切削性能良好,且于制造形狀復雜的齒輪,但其淬透性差,故主要用于制造截面公30毫米以下,承受高速和中等載荷的齒輪。
在航空產品上常以12CrNi3A、12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A和18Cr2Ni4WA等作為重要齒輪材料。其中12CrNi3A因含有較多的合金元素(3%Ni和0.8%Cr),故具有較高的淬透性和較大的強度,當零件直徑為80毫米時,仍具有良好的綜合機械性能,故常用來制造載荷較高的齒輪。但與12Cr2Ni4A及18Cr2Ni4WA等相比,其心部強度較低,淬透性較差,同時滲碳能力差,滲碳時間長。因此對尺寸很大、載荷較高的齒輪,多選用12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA。但是,在應用上述兩種材料時必須注意:由于其鉻、鎳含量很高,淬火后,在滲碳層內往往有大量的殘留奧氏體(20一40%),形成軟點,如不消除這些殘留奧氏體,就會大大降低表層的耐磨性和疲勞強度。因此,這些材料在滲碳后需進行高溫回火(650℃一700℃),或在淬火后進行冰冷處理(一80℃)以消除這些殘留奧氏體。這樣就使材料的熱處理復雜化,同時由于反復加熱冷卻,使材料易于變形,特別是18Cr2Ni4wA在熱處理時變形很大,如掌握不當,會造成齒輪超差。
(2)氮化鋼
合金鋼中含有鋁、鉬、鉻等元素的最適合作氮化鋼。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蝕性、耐熱性、抗疲勞強度,以及要求熱處理變形很小的大齒輪零件。
(3)調質鋼
調質鋼可提高心部強度,但表而強度不是很高。調質鋼的特點是:有良好的綜合機械性能,即也具有高強度的同時,還應具有足夠的塑性和韌性;有良好的淬透性,即應保證整個截面具有良好的綜合機械性能;有良好的工藝性,即易于進行熱處理及冷熱加工(如鍛造及切利加工等)。調質鋼的最后熱處理為淬火與高溫回火,即調質處理,要求較高的齒輪都要進行調質。常用的調質鋼為45號鋼、38CrA、40Cr及40CrNi等。對于一些局部要求耐磨的大齒輪可采用表面淬火的方法,使其局部硬度增加,并可增加其疲勞強度。如38CrA表面進行高頻淬火后,硬度可提高到HRC50一55。
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