（1）一般原则

ML、MQ和ME三个材料质量等级是按疲劳极限值来区分的。

ML表示对齿轮加工过程中材料质量及热处理工艺的一般要求。

MQ表示对有经验的制造者在通常成本下可达到的质量等级。

ME表示必须具有高可靠度的制造过程控制才能达到的等级。

通常，采用特殊质量的材料，如用真空感应冶炼（VIM）和真空电弧重熔（VAR）冶炼的材料来保证高可靠性或高承载能力。

采用常规焊接工艺拼焊齿轮，拼焊后需经去应力处理。

（2）正火低碳钢或铸钢、无合金元素的普通碳钢（见图3-7、图3-8）

由于这些钢材对化学成分不作规定，冶炼方法也不明确，因此MQ线位于强度下限（ML线，即MQ=ML）。正火低碳钢只用于轻载齿轮和不重要的齿轮。当钢材可达到高质量要求或经过实用验证时，亦可采用ME线数据。

（3）可锻铸铁（见图3-9、图3-10）

热处理工艺控制得当时，可得到高质量材料；但是由于这种材料通常用于小型轻载齿轮，从可靠性考虑，MQ线位于下限（ML线），若经过实践验证，也可采用ME线数据。

（4）其他材料（见图3-11～图3-20）

其他材料的质量及热处理工艺要求列于表5-90～表5-96。

表5-90 铸铁材料（灰铸铁和球墨铸铁）

（续）

表5-91 非表面硬化调质钢（锻造或轧制）（图3-11、图3-13）

（续）

注：采纳本表数据时，建议大轮、小轮硬度差不大于40HV。

①0℃以下工作的齿轮：

考虑低温夏比（冲击）性能的要求；

考虑断口形貌转化温度或无塑性转变温度性能的要求；

考虑采用高镍合金钢；

考虑将碳质量分数降至0.4%以下；

考虑用加热元件提高润滑剂温度。

②材料纯度检验只针对切齿部位，位于最终齿顶圆下2倍齿高以上的深度。对于外齿轮，齿坯的这段区域通常不超过半径的25%。

③只针对由铸锭锻件，对于连铸材料，最小锻造比为5∶1。

④在齿轮截面上，至1.2齿高深处的显微组织以回火马氏体为主，允许混有少量共析铁素体、上贝氏体、细小珠光体，不允许存在未溶块状铁素体。对于控制截面=250mm的齿轮，非马氏体相变产物（体积分数）不可超过10%，控制截面>250mm的齿轮，不可超过20%。

表5-92 非表面硬化调质铸钢（图3-12、图3-14）

（续）

注：当铸钢件质量达到锻钢件（锻造或轧制）质量标准时，对与锻钢小齿轮配对的铸钢齿轮，也可采用锻钢的许用应力值计算其承载能力，但这种情况须经试验数据或应用实例验证。

锻钢纯度及锻造比标准不可用于铸钢，夹杂物含量与形状应控制为以球状硫化锰夹杂物（Ⅰ型）为主，但不允许存在晶界硫化锰夹杂物（Ⅱ型）。

表5-93 渗碳钢（锻造或轧制）（图3-15、图3-17）

（续）

（续）

（续）

注：对于碳氮共渗钢目前在标准中还未给出。

①洁净度规定只针对齿坯的两倍齿高区域内，对于外齿轮，该区域一般小于半径的25%。

②锻造比是指总的锻造比，而与方法无关，对于连铸材料，最小锻造比为5∶1。

③有时齿根硬度与齿面硬度有差别，与齿轮大小及工艺有关，该差值可由供需双方协商。

④其他硬化层深度规定可参考GB/T 3480.5—2008中的文献[10]等资料。

⑤检查表面硬度，允许采用锉刀法，见GB/T 3480.5—2008中的附录E。

⑥任何级别齿轮的轮齿部位都不能存在裂纹、破损、疤痕及皱皮；每25mm齿宽最多只有一个，每个齿面不能超过5个，半齿高以下部位不能允许存在；对于超标缺陷，在不影响齿轮完整性并征得用户同意情况下可以去除。

⑦经供需双方同意，可采用其他磨削回火控制方法。

图5-4 渗碳淬火齿轮渗层中允许的碳化物类型（5%硝酸溶液腐蚀，放大倍数400×）

a）半连续网状碳化物：对ML级允许存在

图5-4 （续）

b）不连续碳化物：对ML及MQ级允许存在 c）弥散状碳化物：对ML、MQ和ME级允许存在

表5-94 感应或火焰淬火锻钢和铸钢（图3-16、图3-18）

（续）

注：本表适用于套圈式火焰淬火、套圈式或逐齿感应淬火工艺，齿根部位经过硬化，硬化层形状如图5-5、图5-6所示。(www.daowen.com)

①为了得到稳定的硬化效果，硬度分布、硬化层深、设备参数及工艺方法应该建档，并定时检查，另外用一个与工件形状及材料相同的代表性试样来修正工艺。设备及工艺参数应足以保证硬化效果的良好复现性，硬化层应布满全齿宽和齿廓，包括双侧齿面、双侧齿根和齿根拐角。

②最终加工后的齿轮轮齿区域内，任何质量级别的材料都不允许存在裂纹、爆裂、折皱。限制：25mm齿宽内不超过1个，一侧齿面内不超过5个，在工作齿高中线以下不允许存在。对于超标缺陷，在不影响齿轮完整性并征得用户同意情况下可以修复。

图5-5 非齿廓硬化型

图5-6 齿廓硬化型

表5-95 渗氮钢及渗氮调质钢（图3-19、图3-20）

（续）

①测量表面硬度时应注意垂直于表面，试验载荷应同渗层深度及硬度相称。

②渗氮齿轮抗过载能力较低，由于S-N曲线形状平缓，因此在设计前应考虑好其冲击敏感性。对于含铝的合金钢，当渗氮周期较长时，晶界有形成连续网状氮化物的可能，使用这种钢材，应在热处理时列出特别注意事项。

③含铝氮化钢或类似钢材，只限于ML和MQ。这类材料的齿根应力值s_Flim限制是：对于ML级，250N/mm²以下；对于MQ级，340N/mm²以下。

④当由于白亮层（>10μm）而使硬度增加时，疲劳强度反而由于脆性原因而降低。

表5-96 氮碳共渗锻钢（图3-19、图3-20）

①测量表面硬度时应注意垂直于表面，在一个截面上的测量值可能较高。试验载荷应与渗层深度及硬度相称。

（5）试样

试样由代表性等级材料制成，锻钢或铸钢试样的选择主要考虑其所代表的齿轮和工艺。试样要按表5-92～表5-94或表5-95伴随齿轮经过所有热处理工序。试样的选用要能检测热处理工艺并尽量能代表工件的性能。根据经验，通过标准试样最终的金相组织和性能，可评价工件的性能。

关于试样加工，应以供需双方协议为准。

推荐两种试棒：

1）过程控制试棒：可以是任何合金材料和形状，它用于检测热处理工艺的稳定性，其显微组织并不代表产品齿轮的显微组织，但可根据实际经验来推断产品齿轮的状态，这种推断应该存档备查。

2）代表性试棒：主要考虑能反映产品齿轮的冷却速度，试样心部硬度和显微组织应接近表5-93中第8项、第14项规定的指标，其推荐尺寸为：

最小直径：6m_n；

最小长度：12m_n。

经用户同意，可采用小型试棒：

最小直径：3m_n；

最小长度：6m_n。

另外，试样钢材在化学成分及淬透性方面应当与工件相当，但不一定取自同一炉号。

（6）机械清理

机械清理主要是去除热处理后的残渣或涂层。常用方法是用Al₂O₃、硅砂抛磨或用钢丸、切丝球及玻璃珠喷射工件表面。清理工件表面还带来对残余应力的影响，有时非常明显。残余应力的变化对弯曲强度及使用性能会产生影响。图3-17中MQ弯曲强度就是在进行了适当的机械清理后测得的，而仅仅进行热处理并不一定能达到这个水平。

（7）喷丸

喷丸是用小尺寸丸粒轰击工件表面的冷作工艺，可在工件表面形成高幅值残余压应力薄层。喷丸处理可提高残余压应力，从而改善齿根部位的弯曲强度。喷丸与上述（6）的机械清理不能混为一谈。

喷丸后可进行切削、热处理或热装等工序，但有可能改变残余压应力和弯曲强度，所以喷丸工艺应当控制，建议按AMS-S-13165：1997规定进行最低程度控制。若经供需双方协商，亦可采用其他控制技术。

喷丸处理可提高弯曲疲劳强度，提高的幅度如下：

1）对ML级——0%。

2）对MQ级——10%。

3）对ME级——5%。

上述数值只限于渗碳淬火齿轮。

（8）调质齿轮控制截面尺寸的确定

本部分介绍调质（淬火回火）齿轮近似最大控制截面尺寸以及影响最大控制截面尺寸的因素，图解确定最大控制截面尺寸的方法，以及部分低合金钢件的推荐最大控制截面尺寸。

所谓工件的控制截面是指在淬火过程中对工件有力学性能（硬度）要求部分的冷却速度有决定性影响的截面。某种钢材的最大控制截面尺寸主要取决于其淬透性，规定硬度、理想硬化层深及淬、回火温度等因素。

图5-7表示几种热处理后切齿的淬火齿坯控制截面。

图5-7 控制截面尺寸实例

a）控制截面，ϕ200mm直径b）控制截面，50mm齿宽c）控制截面，50mm壁厚（若内孔直径小于内孔长度的20%，则以外径为准）d）控制截面，50mm齿圈厚度

当为了合理选材和/或规定硬度而考虑控制截面尺寸时，无需考虑正常的粗加工余量，而其他加工余量（如为了减小热处理变形而留余量）则应考虑。

图5-8表示油淬（淬火烈度H=0.5）及回火的两种低合金钢的推荐最大控制截面尺寸，主要考虑硬度要求范围、淬火前的正常加工余量以及为得到最低齿根硬度而采取的最低480℃回火温度。

对于ϕ200mm以下棒材的最大控制截面尺寸与截面硬度要求的对应关系，可见GB/T 3480.5——2008中参考文献[7]中“淬火圆棒横截面硬度值预测图”及其他已发表的回火效应和淬透性数据。

对于ϕ200mm以上棒材的最大控制截面尺寸，一般要求先对大截面试件进行热处理

应注意因加工性能下降而使成本增加。

试验，然后进行解剖及横截面硬度检测。

图5-8 两种w（C）=0.40%合金钢的控制截面尺寸

①为了达到这些硬度要求，可采用最低480℃回火温度。

②对某些特殊齿轮可以规定更高的硬度值[如375～415HBW，388～421HBW及401～444HBW]，但

有些大尺寸齿轮结构不允许淬火处理而要求正火及回火处理，也要考虑最大控制截面尺寸。但是在同样材质（淬透性）条件下所能达到的硬度值就很低，因此需要改用更高淬透性的钢材，而且要求试验性正火、回火处理和硬度检测。

（9）硬度值换算（见表5-97）

表5-97 硬度换算表

（续）