齿轮材料的新发展-中国齿轮网.doc

齿 轮 材 料 的 新 发 展 一汽哈尔滨变速箱厂 毛振军 材料学是当代世界上计算机、材料、生物工程等十大带头学科中仅次于计算机居第二位，足见材料学在当代世界占据着举足轻重的地位。齿轮材料也不例外，近几十年先进国家也有着突飞猛进地发展，它们在系列化、合金化，淬透性控制水平，清洁度控制水平等方面都有长足地进步。我国虽然在齿轮材料方面也做了不少工作，但是到目前为止还没有根据中国国情资源建立比较完整的齿轮钢系列，齿轮钢牌号杂乱、品种繁多，淬透性不控制或控制不严格，钢的清洁度控制水平低。因此，我们应该全面深刻地认识我国齿轮材料存在的主要问题。也应该全面深刻地掌握先进国家齿轮材料水平，为使我国齿轮材料逐步达到国际先进水平而努力奋斗。 我国在贯彻先进标准GBl0095—8S《渐开线圆柱齿轮精度》， GB3480—83《渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法》， GB6412—日6《渐开线圆柱齿轮胶合承载能力计算方法》中，一致发观，齿轮材料水平和热处理质量是贯彻上述三项标准一个极其重要的问题，可以毫不夸张地说是一个决定性的问题，不解决齿轮材料上水平和热处理工艺设备上水平问题，齿轮贯彻上述三项标准是不可能的。齿轮使用可靠性能最终判定目标值是齿轮寿命和噪声。齿轮寿命主要取决于齿轮材料质量、锻造和预先热处理质量、热处理质量，以及齿轮精度；噪声主要取决于齿轮精度，影响齿轮精度很重要方面也是取决于齿轮材料和热处理质量。所以不论是高速、中速、低速齿轮也不论是大模数、中模数、小模数齿轮，不管是汽车、拖拉机、机床仪器仪表、工程机械(包括冶炼、挖掘、轧制、起重运输、水泥磨等)航空、航天、航船、机车、坦克等变速器，要提高齿轮使用可靠性：贯彻国际先进标准，就必须提高齿轮材料质量和热处理质量，所以说齿轮材料和热处理质量是促进我国机械工业上质量上品种上水平提高经济效益最基础最关键中心环节之一。 齿轮在实际使用中不仅齿轮工作面承受高度应力，而且还有磨擦力，齿根承受交变弯曲应力，有时还承受较大的冲击力。因此，要求齿轮有较高的接触疲劳强度、弯曲疲劳强度、胶合强度、耐磨性和冲击刃性。从齿轮材料的使用角度，齿轮对齿轮材料性能的要求，可综合为两个方面，即机械性能和工艺性能。 一、齿轮对齿轮材料机械性能的要求 1、硬度 齿轮材料与硬度存在着一定的关系，因而在美国AGMA齿轮承载能力计算中采用硬度作为强度依据。对重要的汽车齿轮，表面硬度心部硬度，表层至心部过渡区的硬度都很关键，表面硬度是齿轮耐磨性的重要影响因素。我国汽车齿轮对渗碳或碳氮共渗，在JBl673一75和JB916一66标准中，表面硬度一律为HR658—64，我国汽车齿轮图纸基本都是这样标注，对重要齿轮这种表面硬度要求比国外先进水平要宽。在1988年实施国标GB8539—87中参照国际标准IS0268，对MQ齿轮要求同一件硬度差不超过HRC 3，同一批硬度差不超过HRC 5。实际上，国外先进汽车制造公司对齿轮表面硬度要求都比较严格，主要是合理表面硬度均匀性这是至关重要的。如西德大众公司桑塔纳变速器四挡齿轮，材料是TL—VW4521H，要求齿轮渗碳表面硬度是680—780HV30相当于HRA81.5—83．5。美国等公司齿轮材料是SAE 8620H，要求渗碳表面硬度是HRC58—61。另外在同一变速中齿轮因承载能力不同，为了等寿命设计也要求不同的齿轮表面硬度，如西德ZF一变速器，齿轮材料Z F 6H二挡齿轮，齿轮表面硬度HRC 6 0—6 3，一轴齿轮和中间轴齿轮，齿表面硬度HRC 59—63，齿套表面硬度HRC58—62，倒挡齿轮齿表面硬度HRC 57—60。后桥齿轮为3等寿命，一般采用不同钢号和不同的齿表面硬度，如英国福特公司后桥齿轮，主动齿轮采用SAE8622H，被动齿轮采用SAE8620H，一般主动齿轮齿表面硬度比被动齿轮高HRCl一3左右。齿轮心部硬度是齿轮弯曲强度的重要影响因素。心部硬度，JB1673—75规定心部硬度测定部位在距齿顶2／3齿全高处，国外先进标准，心部硬度以测定齿根圆与齿轮中心线相交点是合理的，因为这样既可以保证齿根弯曲疲动强度，又可以保证齿面接触疲劳强度，根据试验结果，距2／3齿顶高一般比齿根园处的硬度高1—3HRC左右。国外比较重要齿轮心部硬度要求比较严格。如美国伊顿公司富勒变速器中间轴SAE 8620H心部硬度HRC30—42。另外在同一变速器承受弯曲强度不同，要求心部硬度也不同，如西德ZF变速器二挡和三挡齿轮要求心部强度是90—130kg／mm2，一轴齿轮和二轴要求心部强度是85—140kg／mm2，同是一种钢ZF 6H。 其次是表层至心部过渡区的硬度是对抗点蚀剥落性能的极其重要的影响因素。这硬度有两个参数需要控制，其一是至