要实现齿轮产品的性能，一方面需要一个好的设计，另一个很重要的方面就是齿轮材料的选择和质量控制。本文讨论这个问题。

齿轮材料的基本要求：

为保证齿轮工作的可靠性，提高齿轮的使用寿命，应根据工作条件和材料特性选择齿轮的材料和热处理。齿面应具有足够的硬度和耐磨性，齿心应有足够的韧性，以防止齿面发生各种失效。同时应具有良好的冷热加工工艺，以满足齿轮的各种技术要求。

常用的齿轮材料有各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料。一般使用锻件或轧钢。当齿轮结构尺寸较大、轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载齿轮齿面容易发生塑性变形，齿轮齿也容易折断。宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮齿面容易产生点蚀，应采用硬度高的材料。承受冲击载荷的齿轮应采用韧性好的材料。对于高速、轻载、低噪声的齿轮传动，也可采用布匹胶木、尼龙等非金属材料。

钢制齿轮的热处理方法

主要有以下几个方面：

1.表面淬火：常用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr钢等，表面淬火后，齿面硬度一般为40～55HRC。其特点是抗疲劳点蚀，抗胶合能力强，耐磨性好。由于齿芯未硬化，齿轮仍有足够的韧性承受较小的冲击载荷。

2.渗碳淬火：常用于低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr钢等，渗碳淬火后，齿面硬度可达56～62HRC，齿心仍保持较高的韧性。齿的弯曲强度和齿面接触强度高，耐磨性好。通常用于冲击载荷。齿轮传动。齿轮渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨削。

3.渗氮：渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后无需其他热处理，齿面硬度可达700-900HV。由于渗氮后齿轮硬度高、工艺温度低、变形小，适用于内齿轮和难以磨削的齿轮。常用于含铬、铜、铅等合金元素的钢渗氮，如38CrMoAlA。

4.回火：回火一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35SiMn钢等，调质后齿面硬度一般为220～280HBS。由于轮齿硬度较低，可在热处理后进行精加工。

5.正火：正火可以消除内应力，细化晶粒，提高机械性能和切削性能。机械强度低的齿轮可采用中碳钢正火，大直径齿轮可采用铸钢正火。

一般规定的传动齿轮可选用软齿面传动齿轮。以便减少胶合板的概率，并使匹配的尺寸传动齿轮使用寿命非常，一般 使传动齿轮轴颈强度比传动轮轴颈强度高于30-50HBS。对于高速、重载或重要的齿轮传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。

从齿轮设计的角度看，对材料和热处理的要求：材料要求成分体系合理，基本为细晶粒钢，具有适当的淬透性和高纯度。其中热处理要求主要包括表面硬度、芯部硬度、残余应力、组织（非马氏体、残余奥氏体、晶粒尺寸）。确保其符合GB3480.5《正齿轮和斜齿轮承载能力计算第5部分：材料强度和质量》中ME级标准的要求。

齿轮材料相关研究重点：

为了获得更好的齿轮成品，齿轮钢应注意以下几点：

1、严格控制材料中的夹杂物。大尺寸夹杂物的危害尤为严重，表层、亚表层和齿根的危害尤为严重。一般认为氧化物夹杂的危害性高于硫化物夹杂。严格控制夹杂物，可采取以下措施：对每一浇注时间的实际首末分别进行标识、单独管理、单独取样检测；增加取样量和取样面积，从检测方面进行控制；技术标准中明确了发纹要求，加强对宏观非金属夹杂物的检测；提高检测水平要求，部分钢种要求浸水检测。

2、严格控制材料的淬透性。材料的淬透性直接影响热处理后钢的硬度（力学术性能），进而影响零件的寿命，零件的热处理变形，即零件的尺寸精度，进而影响零件的寿命。采用两台不同淬透性材料零件的熔炉，在相同的加工和热处理条件下，对热处理后的零件进行累积比较，发现材料淬透性对零件热处理后的尺寸有显著影响。我们可以采取的措施是：细化标准，对同一种材料制定不同的淬透性版本，与设计部门沟通，明确不同淬透性版本材料的使用范围。目前，世界一流的齿轮制造企业一般按照4HRC控制材料的淬透性带宽。对于专用齿轮，带宽甚至应控制在HRC2以内。

3、开发非调质钢系列在齿轮上的应用。非调质钢不需要调质，就可以获得调质后能达到机械性能的碳钢或合金结构钢，避免了调质时硬化层深度较浅的问题。减少空调过程，提高效率，节能减排。相关厂家研制的用于渗氮的非调质钢强度与42CrMoH相当，渗氮速度快，比42CrMoH高30%；渗氮后表面硬度高于42CrMoH。

4、精确控制相关热处理参数。随着离子渗氮、真空渗氮和现代计算机控制技术在热处理工艺中的应用，使渗氮层成分的控制变得容易。德国Clöckner-离子公司在离子渗氮气体渗氮方面有着突出的成就，加拿大NITREX金属公司和德国IVA公司已经形成了一个共同的公司商业软硬件系统。由于真空渗氮可以活化和清洁金属表面，在加热、保温和冷却的整个过程中排出不纯净的微量气体，并将含有活性物质的纯复合气体送入，从而控制和调整表层结构。我国离子渗氮和计算机渗氮技术在国际上是先进的。新开发的计算机控制渗氮工艺彻底改变了传统的以氨分解速率控制参数的模式，直接控制氮势，并提供了形成白亮层的阈值曲线。郑州机械研究院深度渗氮单相控制技术已获专利。

齿轮材料发展方向：

对于材料本身，我们的齿轮材料应满足以下条件：材料纯度高，非金属夹杂物含量减少，尺寸减小，间距增大，S钢和含S化合物的细小夹杂，O含量≤10ppm，H≤1ppm；淬透性区窄，带宽控制在4HRC，同炉波动≤2HRC；采用微合金化技术，采用低晶间氧化物钢，提高强度和韧性。

热处理工艺的发展方向主要是：真空热处理技术的推广和应用；采用强化抛丸技术，以表面残余压应力为评价指标；应用强穿透和渗透技术，大大降低能耗提高生产力。

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