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重载大齿轮的强度 和材料热处理 郑州机械研究所 陈国民 70年代我国重载大齿轮生产以软齿面调质工艺为主，齿轮设计参 数指标较低。从80年代开始，我国进行了大规模的硬齿面制造技术研 究和国外先进硬齿面制造技术的引进。 经过硬齿面制造技术研究和国外先进硬齿面制造技术的引进，现 在我们已能生产功率达6.5万千瓦、线速度210m/s、直径达5m、单件 重量达数十吨的各种高速重载渗碳淬火工业齿轮。我国生产的MDH28 型磨机边缘驱动传动装置，其最大功率已达7000KW、传动转矩达 5000KN•m、总重46吨；立磨系列齿轮箱最大功率已达3800KW； 1700热 连轧主传动齿轮箱子的最大模数为30、重量达180吨； GWC 70/76 型1.2万吨及装箱船用齿轮箱，传动功率已达6250KW；水泥辊压机 悬挂系列行星齿轮箱的输入功率已达1250KW；特别是近年来随着 我国风力发电的发展，从单机容量750KW至今已能生产5兆瓦的齿 轮箱。 我国的齿轮热处理工艺技术和设备已能基本满足冶金、矿山、电 力、石化、起重运输、建材机械、航空航天及船舰发动机等高参 数齿轮生产的要求。 1、重载大齿轮生产工艺的选择 以风电齿轮为例来看其苛刻的使用条件和高的技术要求： （1）服役条件恶劣 （2 ）功率大 （3 ）速差大 （4 ）精度高 （5 ）使用寿命要求长 （6 ）可靠性要求高 从以上所列看到，对于要求具有高的疲劳强度、使用寿命和可靠度的齿 轮，选用什么材料，采用何种热处理工艺就十分重要。 表1是条件相同情况下各种热处理工艺的对比。 表1 转矩21000N·M 、其他条件相同情况下软、 硬齿面齿轮性能参数及经济效益的对比 20MnCr5 钢材 C45 42CrMo4 31CrMoV9 34CrMo4 20MnCr5 42CrMo4 渗碳淬火 热处理 正火 调质 氮化 感应淬火 渗碳淬火 调 质 加工方法 滚 滚 滚/磨 剃 磨 磨 中心距（mm ） 830 650 585 490 470 390 重量（kg ） 8505 4860 3465 2620 2390 1581 安全 接触 1.3 1.3 1.3 1.3 1.4 1.6 系数 弯曲 6.1 5.7 3.9 2.3 2.3 2.3 价格（% ） 132 100 85 78 66 63 从表1的比较可以看出，渗碳淬火工艺具有强度和经济的综合 优势，所以一般重要的齿轮，尤其高参数重载大齿轮都选用渗碳淬 火工艺。然而，渗碳淬火却是热处理中最复杂的工艺，各种材料和 工艺因素很多，为了深入了解这些影响因素，本文将围绕钢材的冶 金质量和渗碳淬火物理冶金因素对齿轮疲劳强度及其工艺的影响进 行分析和讨论。 2、渗碳齿轮钢材的冶金质量 2.1 钢材冶金质量对性能的影响 钢材的冶金质量包括化学成分；低倍缺陷，如偏析、缩孔、疏 松、白点等；高倍缺陷，如非金属夹杂物、带状组织、混晶等。 2.1.1 钢材的低倍偏析 （1）对淬透性的影响 见图1。 （2）对机械性能的影响 偏析降低钢材的δ%、ψ%、