45钢42CrMo钢齿轮文献综述
11齿轮概况
齿轮机械传动中应广泛零件功规定速传递动力运动齿轮传递力改变速度运动程中啮合齿面直接滚动滑动齿面受脉交变弯曲应力作面三种形式：
(1)啮合齿面间摩擦力齿面磨损破坏形式氧化磨损冷咬合磨损热咬合磨损
(2)啮合齿面接触应力接触疲劳破坏形式表面麻点浅层剥落涂层剥落
(3)齿轮弯曲应力弯曲疲劳破坏形式弯曲疲劳破坏[1]
根齿轮受力情况失效分析知齿轮般需适热处理提高承载力延长寿命齿轮热处理应满足列性求：
（1）较高弯曲疲劳强度接触疲劳强度（抗疲劳点蚀）
（2）齿面具较高硬度耐磨性
（3）齿轮心部具足够强度韧性
齿轮材料热处理齿轮质量性影响合理选择齿轮材料制定热处理工艺
12常齿轮材料热处理工艺选择
具体齿轮材料选根齿轮工作时载荷转速高低齿轮精度求确定
(1)轻载低速中速击力精度较低般齿轮选中碳钢Q235Q27540455050Mn等钢制造常正火调质等热处理制成软齿面齿轮正火硬度160～200HBS调质硬度般200～280HBS工艺路线般：
备料——锻造——正火——机械粗加工——调质——机械精加工
调质齿轮表面硬度低存表面压应力承载力疲劳强度较低调质齿轮切削加工进行热处理保证齿轮制造精度型齿轮特适宜减少淬火引起变形(般认φ350mm齿轮φ350mm～1000mm型齿轮φ1000mm特齿轮)该工艺程中正火处理目消锻造应力均匀组织批坯料硬度相利切削加工改善齿轮表面加工质量硬度适中精切齿廓热处理进行工艺简单成低齿面硬度高易磨合承载力高种齿轮标准系列减速箱齿轮冶金机械中载机械机床中次齿轮
(2)中载中速承受定击载荷运动较稳齿轮选中碳钢合金调质钢4550Mn40Cr42SMin等钢采55Tid60Tid等低淬透性钢终热处理采高频中频淬火低温回火制成硬齿面齿轮齿面硬度达50～55HRC齿轮心部保持正火调质状态具较韧性感应加热表面淬火齿轮变形精度求高(7级)必磨齿机床中数齿轮种类型表面硬化齿轮应注意控制硬化层深度硬化层齿廓合理分布工艺路线般：
备料——锻造——正火——机械粗加工——调质——机械半精加工——高频感应淬火——低温回火——磨削
该工艺路线中热处理工序作：正火处理目消锻造应力均匀组织批坯料硬度相利切削加工改善齿轮表面加工质量调质目提高齿轮心部综合力学性承受交变应力击载荷作中等承载力高精度齿轮选38CrMnAl等专渗氮钢进行渗氮处理
(3)重载高速中速受较击载荷齿轮选低碳合金渗碳钢碳氮渗钢20Cr20CrMnTi20CrNi318Cr2Ni4WA40Cr30CrMnTi等钢热处理采渗碳淬火低温回火齿轮表面获58～63HRC高硬度淬透性较高齿轮心部较高强度韧性工艺路线般：
备料——锻造——正火——机械粗加工半精加工——渗碳+淬火+低温回火——喷丸——校正——精加工
该工艺中正火目均匀细化组织消锻造应力改善切削加工性渗碳表面含碳量提高保证淬火高硬度（55～62HRC）提高耐磨性接触疲劳强度心部硬度达30～45HRC具足够强度韧性喷丸增渗碳表层压应力提高疲劳强度清氧化皮
种齿轮表面耐磨性抗解疲劳强度齿根抗弯强度心部抗击力表面淬火齿轮高热处理变形精度求较高时般安排磨削适工作条件较恶劣汽车拖拉机变速箱桥齿轮碳氮渗渗碳相热处理变形生产周期短力学性高应中碳钢中碳合金钢许齿轮碳氮渗代渗碳工艺燃机车坦克飞机变速齿轮负载工作条件汽车更重更恶劣求材料性更高应选含合金元素高合金渗碳钢获更高强度耐磨性
(4)精密传动齿轮磨齿困难硬齿面齿轮(齿轮)求精度高热处理变形宜采氮化钢35CrMo38CrMoAlA等钢热处理采调质氮化处理氮齿面硬度高达850～1200HV(相65～70HRC)热稳性(500～550#保持高硬度)定抗蚀缺点硬化层薄耐击适载荷频繁变动重齿轮载荷稳润滑良精密传动齿轮磨齿难齿轮[2]
年软氮化离子氮化工艺发展工艺周缩短选钢种变宽选氮化处理齿轮逐渐增加
机械中齿轮受力条件工作环境区材质热处理工艺较差异（见表11）[3]
表11 交变应力作齿轮选材热处理方法
工作条件
钢种
热处理
变形
零件形状
传递功率摩擦压力
速度高击
低碳合金钢
低碳钢
渗碳淬火
较
简单复杂
均
传递功率摩擦压力
速度高击太
中碳钢
高频淬火
简单
传递功率摩擦压力
速度高击
中碳合金钢
氮化处理
极
简单复杂
均
13齿轮热处理缺陷影响
齿轮热处理程中产生类缺陷（见表12）[3]质量寿命产生潜明显良影响现简述种缺陷影响
表12 热处理方法缺陷
齿轮
热处理方法
缺陷名称
淬火处理
淬火回火
火炉加热
裂纹硬度偏差均
硬度均裂纹
表面硬化
热处理
高频淬火
渗碳淬火
氮化处理
裂纹硬度均硬化层均组织引起变形
裂纹渗碳层局部麻点硬度均渗层深度等
硬度均硬化层均组织变形
131裂纹
金属材料局部破断称裂纹完整金属应力作某薄弱部位发生局部破断裂纹仅直接破坏金属连续性数裂纹尾端尖锐易引起应力集中促进齿轮低应力提前破坏造成事
热处理产生裂纹原热应力组织应力单独综合作造成应力集中结果具体产生原较复杂体纳3类：
（1）材料锻造机械加工时产生裂纹热处理程中进步扩展
（2）原材料身缺陷（成分偏析碳化物均夹杂物较结构缺陷等）热处理时促进裂纹产生发展
（3）热处理工艺规程操作齿轮出现裂纹（微观裂纹）力学性降低特疲劳强度σ1影响更明显中产生折齿现象
132硬度
硬度值高低齿轮会造成良影响硬度高塑性韧性低易引起齿轮剥落折齿硬度低疲劳强度降低耐磨性降造成重磨损失效
外齿轮热处理中时会出现局部硬度均现象齿轮早期失效种原
133硬化层深度
渗碳件疲劳强度σ1抗弯强度σbb受渗碳层深度渗层组织表面残余应力心部强度等素综合影响
般说着渗碳厚度增加疲劳强度抗弯强度增加渗碳厚度超07mm时强度开始降应考虑承受载荷等实际情况选择适渗碳层
134微观组织
金属材料宏观力学性取决微观组织显微组织材料疲劳强度影响化学成分影响相抗拉强度时改善显微组织提高金属材料疲劳强度明显效果
淬火回火高强度钢中回火马氏体组织疲劳性回火温度越高疲劳极限降越严重齿轮中碳钢淬火低中温回火组织定塑性韧性高抗拉强度疲劳极限高时较高载抗力较低疲劳缺口敏感性
淬火钢中非马氏体组织含量疲劳强度影响钢中含5非马氏体组织疲劳极限会降低10左右着未溶解铁素体增加疲劳极限明显降未溶解铁素体形状严重影响疲劳极限击韧性外组织中晶粒表面热处理中脱碳现象影响材料疲劳寿命
需指出强调提高齿轮表层硬度耐磨性时齿轮心部组织强度低（HRC30～35）否易渡区产生疲劳裂纹致早期形成表层压碎剥落降低零件寿命
135变形
齿轮热处理程中受热应力组织应力均匀作终必然造成零件微量明显变形齿轮精度降低部应力存易诱发裂纹
14齿轮材料热处理技术发展趋势
（1）加快软齿面技术硬齿面技术转化程推进齿轮材料筛选试验预言提高齿轮吃面硬度制造精度已势趋通开展齿轮材料筛选试验热处理工艺研究国齿轮材料系列化热处理工艺规范化研究开发新型齿轮钢材料20CrNi2Mo钢17CrNiMo6钢等
（2）努力开发新齿轮热处理工艺设备基础加快引进吸收合理利国外先进热处理工艺设备步伐
（3）齿轮热处理新工艺研究开发净成形技术齿轮焊接加工技术直生式渗碳技术齿轮锻坯等温正火技术齿轮渗碳预氧化处理工艺低压（真空）渗碳技术齿轮渗碳催渗技术齿轮淬火控制冷技术等 [4]
（4）进步推广应齿轮喷丸强化工艺目前国齿轮生产数没喷丸强化作齿轮生产中缺少重工序仅作表面处理量研究结果表明喷丸强化提高齿轮寿命非常效应推广应研究喷丸强化齿轮方面应进步发挥材料潜力面课题
（5）齿轮热处理变形控制技术研究精密齿轮热处理技术计算机模拟技术智化精密齿轮热处理技术齿轮柔性制造技术齿轮集成热处理制造技术齿轮热处理质量线控制技术损检测技术等[5]
参考文献
[1]热处理手册编委会热处理手册（第三版）第2卷[M]北京：机械工业出版社20013996
[2]赵越超付莹齿轮材料选择热处理[J]机械研究应2007107071
[3]运学梁军齿轮热处理缺陷分析[J]机械设计制造1995（4）40
[4]谢飞王宣国汽车工业热处理现状发展方[R]中国热协第四届理事会暨新世纪热处理发展研讨会200011
[5]阎承沛计算机技术国热处理工业领域应发展[J]金属热处理200010
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11齿轮概况
齿轮机械传动中应广泛零件功规定速传递动力运动齿轮传递力改变速度运动程中啮合齿面直接滚动滑动齿面受脉交变弯曲应力作面三种形式：
(1)啮合齿面间摩擦力齿面磨损破坏形式氧化磨损冷咬合磨损热咬合磨损
(2)啮合齿面接触应力接触疲劳破坏形式表面麻点浅层剥落涂层剥落
(3)齿轮弯曲应力弯曲疲劳破坏形式弯曲疲劳破坏[1]
根齿轮受力情况失效分析知齿轮般需适热处理提高承载力延长寿命齿轮热处理应满足列性求：
（1）较高弯曲疲劳强度接触疲劳强度（抗疲劳点蚀）
（2）齿面具较高硬度耐磨性
（3）齿轮心部具足够强度韧性
齿轮材料热处理齿轮质量性影响合理选择齿轮材料制定热处理工艺
12常齿轮材料热处理工艺选择
具体齿轮材料选根齿轮工作时载荷转速高低齿轮精度求确定
(1)轻载低速中速击力精度较低般齿轮选中碳钢Q235Q27540455050Mn等钢制造常正火调质等热处理制成软齿面齿轮正火硬度160～200HBS调质硬度般200～280HBS工艺路线般：
备料——锻造——正火——机械粗加工——调质——机械精加工
调质齿轮表面硬度低存表面压应力承载力疲劳强度较低调质齿轮切削加工进行热处理保证齿轮制造精度型齿轮特适宜减少淬火引起变形(般认φ350mm齿轮φ350mm～1000mm型齿轮φ1000mm特齿轮)该工艺程中正火处理目消锻造应力均匀组织批坯料硬度相利切削加工改善齿轮表面加工质量硬度适中精切齿廓热处理进行工艺简单成低齿面硬度高易磨合承载力高种齿轮标准系列减速箱齿轮冶金机械中载机械机床中次齿轮
(2)中载中速承受定击载荷运动较稳齿轮选中碳钢合金调质钢4550Mn40Cr42SMin等钢采55Tid60Tid等低淬透性钢终热处理采高频中频淬火低温回火制成硬齿面齿轮齿面硬度达50～55HRC齿轮心部保持正火调质状态具较韧性感应加热表面淬火齿轮变形精度求高(7级)必磨齿机床中数齿轮种类型表面硬化齿轮应注意控制硬化层深度硬化层齿廓合理分布工艺路线般：
备料——锻造——正火——机械粗加工——调质——机械半精加工——高频感应淬火——低温回火——磨削
该工艺路线中热处理工序作：正火处理目消锻造应力均匀组织批坯料硬度相利切削加工改善齿轮表面加工质量调质目提高齿轮心部综合力学性承受交变应力击载荷作中等承载力高精度齿轮选38CrMnAl等专渗氮钢进行渗氮处理
(3)重载高速中速受较击载荷齿轮选低碳合金渗碳钢碳氮渗钢20Cr20CrMnTi20CrNi318Cr2Ni4WA40Cr30CrMnTi等钢热处理采渗碳淬火低温回火齿轮表面获58～63HRC高硬度淬透性较高齿轮心部较高强度韧性工艺路线般：
备料——锻造——正火——机械粗加工半精加工——渗碳+淬火+低温回火——喷丸——校正——精加工
该工艺中正火目均匀细化组织消锻造应力改善切削加工性渗碳表面含碳量提高保证淬火高硬度（55～62HRC）提高耐磨性接触疲劳强度心部硬度达30～45HRC具足够强度韧性喷丸增渗碳表层压应力提高疲劳强度清氧化皮
种齿轮表面耐磨性抗解疲劳强度齿根抗弯强度心部抗击力表面淬火齿轮高热处理变形精度求较高时般安排磨削适工作条件较恶劣汽车拖拉机变速箱桥齿轮碳氮渗渗碳相热处理变形生产周期短力学性高应中碳钢中碳合金钢许齿轮碳氮渗代渗碳工艺燃机车坦克飞机变速齿轮负载工作条件汽车更重更恶劣求材料性更高应选含合金元素高合金渗碳钢获更高强度耐磨性
(4)精密传动齿轮磨齿困难硬齿面齿轮(齿轮)求精度高热处理变形宜采氮化钢35CrMo38CrMoAlA等钢热处理采调质氮化处理氮齿面硬度高达850～1200HV(相65～70HRC)热稳性(500～550#保持高硬度)定抗蚀缺点硬化层薄耐击适载荷频繁变动重齿轮载荷稳润滑良精密传动齿轮磨齿难齿轮[2]
年软氮化离子氮化工艺发展工艺周缩短选钢种变宽选氮化处理齿轮逐渐增加
机械中齿轮受力条件工作环境区材质热处理工艺较差异（见表11）[3]
表11 交变应力作齿轮选材热处理方法
工作条件
钢种
热处理
变形
零件形状
传递功率摩擦压力
速度高击
低碳合金钢
低碳钢
渗碳淬火
较
简单复杂
均
传递功率摩擦压力
速度高击太
中碳钢
高频淬火
简单
传递功率摩擦压力
速度高击
中碳合金钢
氮化处理
极
简单复杂
均
13齿轮热处理缺陷影响
齿轮热处理程中产生类缺陷（见表12）[3]质量寿命产生潜明显良影响现简述种缺陷影响
表12 热处理方法缺陷
齿轮
热处理方法
缺陷名称
淬火处理
淬火回火
火炉加热
裂纹硬度偏差均
硬度均裂纹
表面硬化
热处理
高频淬火
渗碳淬火
氮化处理
裂纹硬度均硬化层均组织引起变形
裂纹渗碳层局部麻点硬度均渗层深度等
硬度均硬化层均组织变形
131裂纹
金属材料局部破断称裂纹完整金属应力作某薄弱部位发生局部破断裂纹仅直接破坏金属连续性数裂纹尾端尖锐易引起应力集中促进齿轮低应力提前破坏造成事
热处理产生裂纹原热应力组织应力单独综合作造成应力集中结果具体产生原较复杂体纳3类：
（1）材料锻造机械加工时产生裂纹热处理程中进步扩展
（2）原材料身缺陷（成分偏析碳化物均夹杂物较结构缺陷等）热处理时促进裂纹产生发展
（3）热处理工艺规程操作齿轮出现裂纹（微观裂纹）力学性降低特疲劳强度σ1影响更明显中产生折齿现象
132硬度
硬度值高低齿轮会造成良影响硬度高塑性韧性低易引起齿轮剥落折齿硬度低疲劳强度降低耐磨性降造成重磨损失效
外齿轮热处理中时会出现局部硬度均现象齿轮早期失效种原
133硬化层深度
渗碳件疲劳强度σ1抗弯强度σbb受渗碳层深度渗层组织表面残余应力心部强度等素综合影响
般说着渗碳厚度增加疲劳强度抗弯强度增加渗碳厚度超07mm时强度开始降应考虑承受载荷等实际情况选择适渗碳层
134微观组织
金属材料宏观力学性取决微观组织显微组织材料疲劳强度影响化学成分影响相抗拉强度时改善显微组织提高金属材料疲劳强度明显效果
淬火回火高强度钢中回火马氏体组织疲劳性回火温度越高疲劳极限降越严重齿轮中碳钢淬火低中温回火组织定塑性韧性高抗拉强度疲劳极限高时较高载抗力较低疲劳缺口敏感性
淬火钢中非马氏体组织含量疲劳强度影响钢中含5非马氏体组织疲劳极限会降低10左右着未溶解铁素体增加疲劳极限明显降未溶解铁素体形状严重影响疲劳极限击韧性外组织中晶粒表面热处理中脱碳现象影响材料疲劳寿命
需指出强调提高齿轮表层硬度耐磨性时齿轮心部组织强度低（HRC30～35）否易渡区产生疲劳裂纹致早期形成表层压碎剥落降低零件寿命
135变形
齿轮热处理程中受热应力组织应力均匀作终必然造成零件微量明显变形齿轮精度降低部应力存易诱发裂纹
14齿轮材料热处理技术发展趋势
（1）加快软齿面技术硬齿面技术转化程推进齿轮材料筛选试验预言提高齿轮吃面硬度制造精度已势趋通开展齿轮材料筛选试验热处理工艺研究国齿轮材料系列化热处理工艺规范化研究开发新型齿轮钢材料20CrNi2Mo钢17CrNiMo6钢等
（2）努力开发新齿轮热处理工艺设备基础加快引进吸收合理利国外先进热处理工艺设备步伐
（3）齿轮热处理新工艺研究开发净成形技术齿轮焊接加工技术直生式渗碳技术齿轮锻坯等温正火技术齿轮渗碳预氧化处理工艺低压（真空）渗碳技术齿轮渗碳催渗技术齿轮淬火控制冷技术等 [4]
（4）进步推广应齿轮喷丸强化工艺目前国齿轮生产数没喷丸强化作齿轮生产中缺少重工序仅作表面处理量研究结果表明喷丸强化提高齿轮寿命非常效应推广应研究喷丸强化齿轮方面应进步发挥材料潜力面课题
（5）齿轮热处理变形控制技术研究精密齿轮热处理技术计算机模拟技术智化精密齿轮热处理技术齿轮柔性制造技术齿轮集成热处理制造技术齿轮热处理质量线控制技术损检测技术等[5]
参考文献
[1]热处理手册编委会热处理手册（第三版）第2卷[M]北京：机械工业出版社20013996
[2]赵越超付莹齿轮材料选择热处理[J]机械研究应2007107071
[3]运学梁军齿轮热处理缺陷分析[J]机械设计制造1995（4）40
[4]谢飞王宣国汽车工业热处理现状发展方[R]中国热协第四届理事会暨新世纪热处理发展研讨会200011
[5]阎承沛计算机技术国热处理工业领域应发展[J]金属热处理200010
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