一、引言

齿轮作为减速机中的重要部件，其性能在很大程度上取决于所用钢材的热处理特性。深入了解这些特性对于设计和制造高质量的齿轮具有重要意义。

二、齿轮用钢的热处理特性

（一）淬透性 指钢接受淬火而获得马氏体的能力，不同钢种接受淬火的能力不同，淬透性不同的钢，淬火后得到的淬透层深度不同，从而沿断面分布的金相组织以及力学性能也不同。淬透层深度是指由淬火表面马氏体到 50%马氏体层的深度。全部淬透的工件通常表面残留着拉应力，容易产生变形和开裂，同时对工件的疲劳性能也不利。

设计时考虑要点：

1. 零件尺寸越大内部热容量越大，淬火时零件的冷却速度越慢，因此淬透层越薄，性能越差，这种现象叫作“钢材的尺寸效应”。所以，查阅手册时不能根据小尺寸的性能数据用于大尺寸零件的强度计算，而必须考虑钢材的淬透性。

2. 大断面或结构复杂的齿轮采用多元合金，保证足够而适当的淬透性，保证沿整个断面有良好的综合力学性能，同时，减少变形，防止开裂，保证在减速机中的良好运行。

3. 对碳钢齿轮，由于碳钢的淬透性低，在设计大尺寸时，正火和调质效果相似，而正火可降低成本，所以不必要求调质。

4. 大模数调质齿轮由于受到钢材淬透性的限制，应当先开齿后调质。

（二）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马氏体组织能够达到的最高硬度。淬硬性与淬透性不同，它主要取决于钢中的碳含量。钢中碳含量越高，淬火后硬度越高，而与合金元素关系不大。所以，淬火硬度高的钢不一定就淬透性高，而硬度低的钢，也可能具有高的淬透性。

（三）过热敏感性 指钢淬火加热时奥氏体晶粒发生长大的敏感性。奥氏体晶粒长大往往使钢材的力学性能降低，特别是冲击韧度变坏，淬火时也容易形成裂纹。本质粗晶粒钢的过热敏感性大，本质细晶粒钢只有加热到 930 - 950°C 以上时晶粒才显著长大。

奥氏体晶粒

（四）回火稳定性 指回火时减慢钢的组织和性能的变化，使钢的淬火硬度能保持到较高的回火温度而不下降。回火稳定性好的钢可在较高的温度回火，使韧性提高，内应力消除完善。合金钢的回火稳定性比碳素钢好，因此要达到同一回火硬度时，合金钢的回火温度可以比碳钢高，故合金钢的内应力比碳钢小，韧性比碳钢好。

（五）变形开裂倾向 指钢在加热和冷却过程中产生热应力和组织应力，其综合作用超过钢的屈服强度或抗拉强度而产生变形开裂的倾向。

设计时考虑要点：

1. 设计齿轮时，在结构上应尽量避免尖角和厚薄断面的突然变化。

2. 采用缓和的淬火介质或淬火方法。引起尺寸变化的主要原因是内应力的存在及组织中残余奥氏体的分解，因此设计精密齿轮时应当要求稳定化处理，如淬火后进行冷处理或低温时效，使马氏体趋于稳定并减少内应力，以使齿轮尺寸稳定。

（六）尺寸稳定性 指零件在长期存放或使用中尺寸稳定不变的性能。这对精密齿轮是很重要的。 （七）回火脆性 指钢在某一温度范围回火所发生的冲击韧性降低现象，产生回火脆性的钢，不仅室温下的冲击韧性较正常钢为低，而且使钢的冷脆温度大为提高。

设计时考虑要点：

1. 合金结构钢在 250 - 400°C 回火时引起冲击韧性及韧脆性下降，这种现象一般称为第一类回火脆性，它不能通过热处理方法来消除，设计时应考虑到这一点。

2. 某些合金结构钢（如 Cr 钢、Cr - Ni 钢及 Cr - Mn 钢）在 375 - 575°C 回火后缓慢冷却时也会产生脆性，一般称为第二类回火脆性，快冷可以予以消除。对于断面较大的齿轮，可选用含有 Mo 或 W 的钢，以消除或减小回火脆性。

三、结论

深入理解减速机齿轮用钢的热处理特性及其设计考虑要点，对于优化齿轮的设计和制造工艺，提高齿轮的性能和可靠性具有重要意义。在实际应用中，应根据具体的工作条件和要求，合理选择钢材和热处理工艺，以满足齿轮的使用需求。