一、材料选择： 1、 选 材 的 原 则 ： 零 件 材 料 的 选 择 应 根 据 零 件 的 使 用 性 能 要 求 及 加 工 工 艺 性 能 、 经济成本要求进行选择： 1 ) 、使 用 性 能 要 求 ：使 用 性 能 是 指 零 件 在 正 常 使 用 状 态 下 ，材 料 应 具 备 的 性 能 ， 是保证零件工作安全可靠、经久耐用的必要条件。零件在选材时，首先要根据 零件的工作条件和失效形式，正确判断所要求的使用性能，再根据主要的使用 性能指标来选择合适的材料 。 变速箱齿轮位于汽车传动部分 ，用于传递扭矩与动力、调整速度的作用。其 工作条件、失效形式及要求的力学性能如下表： 零件 名称 A 、 由 于 传 递 扭 A 、当 齿 轮 所 受 弯 A 、 表 面 高 硬 度 、 矩 ，齿 根 要 承 受 较 曲 应 力 过 大 时 ，可 高 耐 磨 性 ： 齿 面 大的弯曲应力和 能发生齿根折断； 变 速 箱 齿 交变应力； B 、轮 齿 在 交 变 应 硬度 B 、由 于 变 速 箱 齿 力 的 作 用 下 ，长 时 30-45HRC ； 轮转速变化范围 广 ，齿 轮 表 面 承 受 较大的接触应力， C 、齿 面 在 强 磨 擦 间工作可能发生 疲劳断裂； B 、齿 面 高 的 接 触 疲劳强度； 硬度 5 8 - 6 4 H R C ，心 部 工作条件 常见失效形式 要求的力学性能 轮 并在高速下承受 作 用 下 可 能 发 生 C 、齿 根 高 的 弯 曲 强烈的磨擦力； 磨损和点蚀现象。 强度（σ b ＞ 1000Mpa ） ； C 、由 于 工 作 时 不 D 、齿 轮 心 部 韧 性 断 换 档 ，轮 齿 之 间 过 低 时 ，在 冲 击 作 D 、 心 部 较 高 强 经常要承受换档 造成的冲击与碰 撞。 通 过 对 变 速 箱 齿 轮 的 工 作 条 件 、失 效 形 式 的 全 面 分 析 ，并 根 据 零 件 的 几 何 尺 寸 、 使用寿命要求，就能确定出零件应具有的主要力学性能指标。 2)、 加 工 工 艺 性 能 要 求 ： 变速箱齿轮常用的加工工艺路线为： 下 料 → 锻 造 → 正 火 → 粗 、半 精 切 削 加 工 → 渗 碳 → 淬 火 、低 温 回 火 → 喷丸处理 → 加工花键 → 磨端面 → 磨齿 → 最终检验 根据以上工艺要求，工艺性能要求如下： 加工工艺 类别 锻造 制成毛坯 一定的高温塑 金相组织为固溶体 性 的合金 目的 性能要求 材料要求 用 下 可 能 发 生 断 度 、高 韧 性（ a k 裂。 ＞ 6 0 J/ c m 2 ）。 正火 消除锻造应 力，细化晶 粒 零件形状简单，尺 寸较小。 切削加工 加工成半成 既有较高的强 中、低碳的结构钢 品 度、硬度，又 有一定的塑 性、
韧性 渗碳 增加表面 C% 淬火 C % ＜ 0 。 2 5% 的低碳合金钢 提高表面硬 提高淬透性， 添加一定的合金元 度 和 耐 磨 性 控 制 与 减 少 变 素 如 ： C r 、 Mn 、 形、开裂倾向 Ti 的 合 金 结 构 钢 等 3)、 选 材 时 还 应 充 分 考 虑 经 济 性 ： 在保证使用性能的前提下，应尽可能选用价格低、货源足、加工方便、总成本 低的材料。 2、 材 料 的 选 择 ： 根 据 以 上 使 用 性 能 和 加 工 工 艺 、 加 工 成 本 的 综 合 要 求 ， 可 基 本 确 定 为 低 C% 合 金 结 构 钢 ：即 我 们 常 用 的 合 金 渗 碳 钢 。从 目 前 我 国 汽 车 制 造 厂 常 用 的 金 属 材 料 来 看 ， 汽 车 变 速 箱 齿 轮 多 采 用 2 0 C r Mn T i 。 二、热处理工序位置及热处理工艺选择： 热处理是机械制造过程中的重要工序。热处理工序位置及热处理 工艺选择、安排是否得当，对于零件的质量及切削加工性能起着至关重要的作 用 。根 据 热 处 理 的 目 的 及 工 序 位 置 不 同 ，热 处 理 分 为 预 备 热 处 理 和 最 终 热 处 理 。 1 ．预备热处理的工序位置及热处理工艺选择： 为消除经过锻造的变速箱齿轮毛坯的内应力、细化晶粒、均匀组织，并改善切 削加工性能，为淬火作好组织准备，一般在锻造之后、切削加工之前，可采用 退火或正火作为预备热处理。由于变速箱齿轮尺寸较小，且厚度较均匀，在正 火、退火均可使用的前提下，为提高工作效率，宜选用正火作为预备热处理。 2 ．最终热处理的工序位置： 最终热处理包括各种淬火、回火、表面热处理等。零件最终热处理之后，即可 获得所需的力学性能：因零件硬度较高，除磨削加工之外不宜进行其他形式的 切削加工，故最终热处理均安排在半精加工之后，磨削加工之前。 3 ．最终热处理工艺方法选择： 根据工作条件及失效形式，对技术条件要求如下： 齿 轮 根 部 σ b ＞ 1 0 00 M p a ， a k ＞ 6 0 J /cm 2 ； 齿 面 硬 度 5 8 ～ 6 4 H R C ， 心 部 硬 度 30 ～ 42H R C 。 根 据 以 上 技 术 条 件 ，变 速 箱 齿 轮 材 料 ： 2 0C r M nT i 采 用 的 最 终 热 处 理 工 艺 为 ： 先渗碳，使表面碳含量增加，心部仍维持低的含碳量，保持心部较高的强度和 冲击韧性；渗碳之后进行淬火和低温回火，使轮齿表面硬度达到高硬度要求， 心部仍维持较低的硬度 。 三、热处理工艺特性对齿轮质量和寿命的影响 ： 正确分析和理解热处理性能指标，对保证零件的质量，满足使用性
能的要求， 延 长 零 件 的 使 用 寿 命 ，具 有 重 大 意 义 。主 要 的 热 处 理 工 艺 性 能 指 标 及 要 求 如 下 ： 1、 淬 透 性 ： 淬透性的波动范围直接影响到齿轮的产品质量。淬透性过低，则制成的齿轮渗 碳淬火后，心部硬度低于技术条件规定的数值，疲劳试验时，齿轮的疲劳寿命 降低；若淬透性过高，则齿轮渗碳淬火后，内孔收缩量过大而影响齿轮装配。 由 于 淬 透 性 对 轮 齿 心 部 的 硬 度 和 畸 变 有 重 大 影 响 ， G B 52 1 6 - 8 5 规 定 ： 用 于 制 造 齿 轮 的 2 0 Cr Mn T i 的 淬 透 性 指 标 为 ： 距 水 冷 端 9 咖 处 的 硬 度 为 ３ ０ ～ 42HRC 。 2、 变 形 开 裂 倾 向 ： 齿轮在淬火时因加热或冷却速度太快，加热或冷却不均匀都可能造成工件变形 甚至开裂。因此，设计齿轮时，在结构上应尽量避免尖角或厚薄断面的突然变 化；淬火时，尽量选择冷却速度较慢的专用淬火油进行淬火。通过以上手段来 减少变形开裂倾向。 3、 淬 硬 性 ： 淬硬性指钢在正常淬火条件下，以超过临界冷却速度所形成的马氏体组织能够 达到的最高硬度。淬硬性主要取决于钢中的含碳量。含碳量越高，淬火后硬度 越 高 。变 速 箱 齿 轮 通 过 渗 碳 使 齿 轮 表 面 达 到 高 含 碳 量 ，淬 火 后 使 齿 轮 表 面 达 到 ： 齿 面 硬 度 58 ～ HRC ， ， 才 能 满 足 齿 轮 表 面 高 硬 度 、 高 耐 磨 的 特 性 ， 保 证 齿轮齿面有足够的使用寿命，不发生齿面点蚀和磨损。 影响热处理性能的因素还有钢的回火稳定性、过热敏感性、回火脆性和尺寸稳 定性等，只有正确处理以上各种因素对热处理的影响，才能保证 正常使用，进一步提高质量和寿命。 返 回
