齿轮材料及热处理技术

众所周知，齿轮是机械设备中的关键零件，要求齿轮既具有优良的耐磨性、又要具备高的抗
接触疲劳和抗弯曲疲劳性能，齿轮质量的优劣直接关系到整个设备的使用寿命。而齿轮质量
的好坏在很大程度上取决于齿轮材料及其热处理工艺。因此，国内外与齿轮制造相关的厂家
都极为重视齿轮材料及其热处理技术的研究开发，并先后开发出一系列新型齿轮材料及先进
的热处理工艺[1～4]。本文重点介绍近年来我国在齿轮材料及其热处理技术开发方面所取得
的最新进展。

1、齿轮材料

1.1 无镍或低镍钢齿轮材料

为满足煤矿严酷的工况条件，国外煤矿机械重载齿轮多采用含镍及钼的齿轮材料。近年

来，我国多数国产煤矿机械的重载齿轮大都采用 18Cr2Ni4WA 钢。该钢种的采用基本上消除
了断齿等早期失效现象，但这种材料价格偏高，且热处理工艺复杂。中国矿业大学对无镍齿
轮钢 15CrMn2SiMo 及低镍齿轮钢 18CrMnNiMo 进行了试验研究［5］，结果表明，上述无镍
和低镍齿轮钢的静强度及渗碳淬火后的静弯性能与 18Cr2Ni4WA 相接近；前者的冲击韧性值
甚至 优于 18Cr2Ni4WA；无镍基低镍钢的疲劳性能也可与 18Cr2Ni4WA 相媲美。目前，
18CrMnNiMo 钢已在 160kW 减速器上使用，效果良好。

煤炭科学研究总院太原分院在采掘机械重载齿轮材料的选择方面也就无镍齿轮钢

15CrMn2SiMo 及低镍齿轮钢 18CrMnNiMo 代替 18Cr2Ni4WA 问题进行了深入的研究［6］，
结果表明，18CrMnNiMo 完全可以代替 18Cr2Ni4WA。

1.2 低碳空冷贝氏体钢

天津盛昌齿轮有限公司和天津热处理研究所联合对低碳贝氏体钢及其渗碳工艺在轿车

齿轮上的应用进行了深入研究，结果表明，低碳空冷贝氏体钢经 930℃渗碳 2h，强渗与扩散
时间比为 1 比 1。工件表面含碳量为 0.85％。对比试验表明，低碳贝氏体钢经过渗碳气淬后，
工件变形量明显小于 20CrMnTi 钢。低碳贝氏体钢不但渗碳工艺性能良好，力学性能优良，
而且可采用渗碳气冷淬火从而减少小轿车齿轮渗碳淬火变形量，并可较经济的提高其制造精
度和性能，对轿车变速器齿轮、后桥齿轮等零件具有重要推广应用价值［7］。

1.3、准贝氏体渗碳钢

西北工业大学［8］研制成功的系列准贝氏体钢，具有高强高韧、工艺简单、成本低

廉等优点，已得到广泛应用。为了将其用于渗碳零件，又设计出准贝氏体渗碳钢 BZ18Q，其
具有优异的综合力学性能。将 BZ18Q 准贝氏体钢用于某汽车输出轴五档齿轮，渗碳油冷后
根据汽车齿轮相关标准，对随炉试样进行评定检测，结果符合有关技术要求。将准贝氏体钢
齿轮装车路试，行车一定历程后拆下进行检验，发现齿轮跨球距在跑车前后基本无变化，啮
合齿面光滑无麻点。试验表明，BZ18Q 准贝氏体渗碳钢可用于制造汽车齿轮，并可替代一些
含镍较多的优质合金渗碳钢。