齿轮材料的与热处理指南.doc

ANSI/AGMA 2004-B89
齿轮材料与热处理指南
(节译)
四川宏华石油设备有限公司钻采装备研究所译
齿轮材料与热处理指南
Gear Materials and Heat Treatment Manual
1 适用范围
本指南是为了提供齿轮材料、它们的热处理和相关于齿轮的制造、使用的其他考虑的基本信息与补充信息的推荐来源而编写的。相关于齿轮传动装置额定值(允许的Sac和Sat数据)的冶金学方面的问题没有包括,但这些包括在美国齿轮制造商协会(AGMA)的额定标准中。
引用文件和资料(略)
定义(略)
材料选择指导原则
有许多因素影响齿轮材料的选择,每个因素的相对重要性是可以变化的。这些因素包括:
机械性能
材料级别和热处理
材料洁净度
尺寸稳定性
实用性和成本
可淬硬性和尺寸效应
可切削性和其他加工特性
机械性能
在材料选择之前,齿轮设计人员必需知道齿轮的应用和设计载荷,并计算应力大小。
硬度. 强度特性与材料的硬度密切相关,在AGMA的齿轮额定值确定实践中要用到它。表面硬度是齿轮耐磨性的重要考虑,芯部硬度是弯曲和冲击强度的重要考虑。
疲劳强度. 接触和弯曲疲劳强度用来预测在给定的应力等级(水平)下,点蚀与断裂破坏出现前,齿轮传动装置能耐受的预期的循环次数。接触和弯曲疲劳强度受到许多因素的影响,例如:硬度、微观组织、材料洁净度、表面状况和残余应力等。
拉伸强度. 拉伸强度用来预测应力等级(水平),超过拉伸强度则破裂发生。在齿轮加工规范中不推荐采用它。
屈服强度. 屈服强度用来确定应力等级(水平),超过它则永久变形产生。
韧性. 材料韧性用冲击强度试验、拉伸延展性试验和/或破裂韧性试验来测定。虽然它没有直接地被考虑在齿轮额定之中,但它对于齿轮在高冲击或低温下或两者都有的情况下的应用是很重要的。钢制齿轮传动装置的韧性,受到下列因素的相反影响:
(1)低温
(2)不适当的热处理或微观组织
(3)高硫
(4)高磷与发脆型的残留元素
(5)非金属夹杂物
(6)大晶粒结构
(7)缺少镍这样的合金元素
注:设计与加工考虑也会相反地影响齿轮的韧性(例如:切槽、小的园角半径、材料瑕疵等,它们都会产生应力集中)
热处理. 大多数成形的齿轮用黑色金属材料都要进行热处理以适应硬度和/或机械性能的要求。园形的和扁平的毛坯可以有多种机械的和热工的加工过程组合,例如:热轧、冷轧、冷拔、消除应力、酸洗、淬火和调质等。齿轮毛坯通常是进行退火或正火处理,它们能均匀材料的微观结构,从而均匀其机加工性和机械性能。齿轮毛坯也可进行淬火加回火(调质)处理。
毛坯切除. 所有的园形黑色金属齿轮锻件、铸件和棒料,表面都有一层脱碳层,含有非金属杂质、裂缝与其他表面缺陷,这一层应该从齿轮临界表面上切除掉。
最小的毛坯表面切除量根据毛坯尺寸大小和机械工作类型而不同。最小毛坯切除量表可在大多数机加工材料手册中找到。
材料等级和热处理
详细的齿轮设计,通常都将规定出作为后续热处理功能所要求的材料等级,后续热处理包括淬火加回火(调质)或表面淬火。材料等级和热处理见表4-1,4-2和4-3。
表4-1 典型的齿轮材料——锻钢
普通合金钢等级
常用热处理惯例 1
备注/应用
1045
T-H, I-H, F-H
低的淬硬性
4130
T-H
最低限度的淬硬性
4140
T-H, T-H&N, I-H, F-H
尚可的淬硬性
4145
T-H, T-H&N, I-H, F-H
中等的淬硬性
8640
T-H, T-H&N, I-H, F-H
中等的淬硬性
4340
T-H, T-H&N, I-H, F-H
在大截面上有好的淬硬性
Nitralloy 135 Mod.
T-H&N
特殊热处理
Nitralloy G
T-H&N
特殊热处理
4150
I-H, F-H, T-H, T-H &N
好的淬硬性,但淬火裂纹敏感
4142
I-H, F-H, T-H&N
当4140显示出边界淬硬性时采用之.
4350 2
T-H, I-H, F-H
在大截面时有卓越的淬硬性,但淬火裂纹敏感.
1020
C-H
非常低的淬硬性
4118
C-H
尚可的芯部淬硬性
4620
C-H
好的表面淬硬性
8620
C-H
尚可的芯部淬硬性
4320
C-H
好的芯部淬硬性
8822
C-H
在大截面时有好的芯部淬硬性
3310 2
C-H
这三个等级的材料都有卓越的淬硬性(在大截面时)
4820
C-H
931