齿轮热处理手册

齿轮材料及其热处理，齿轮热处理常用设备和工艺材料，齿轮的整体热处理技术，齿轮的调质热处理技术，齿轮的化学热处理技术，齿轮的表面淬火技术，先进的齿轮热处理技术，齿轮热处理质量控制与检验，齿轮热处理常见缺陷与对策，齿轮的热处理畸变、裂纹与控制技术，齿轮的失效分析与对策，提高齿轮性能与寿命的途径，典型齿轮热处理及其实例。本书内容全面系统，实用性强；图表丰富，便于读者查阅。

前言
第1章齿轮材料及其热处理1
1.1齿轮类别及其性能要求1
1.1.1齿轮的类别1
1.1.2齿轮(材料)的性能要求2
1.2齿轮材料及其热处理的选择2
1.2.1齿轮用钢铁材料的选择3
1.2.2常用齿轮钢材及其力学性能5
1.2.3典型齿轮材料及其热处理9
1.2.4铸铁齿轮材料及其热处理22
1.2.5齿轮用铸钢及其热处理27
1.2.6齿轮用非铁金属合金30
1.2.7齿轮用粉末冶金材料及其
热处理35
第2章齿轮热处理常用设备和工艺
材料37
2.1齿轮热处理常用设备37
2.1.1齿轮热处理常用生产设备38
2.1.2齿轮热处理检测设备及仪器50
2.2齿轮热处理用工艺材料53
2.2.1热处理生产用材料及其分类53
2.2.2金属热处理保护涂料及其分类54
2.2.3齿轮热处理用淬火冷却介质54
2.2.4齿轮淬火冷却用盐浴、碱浴的
配方及使用温度61
第3章齿轮的整体热处理技术63
3.1齿轮的退火与正火技术63
3.1.1齿轮的退火技术64
3.1.2齿轮的正火技术69
3.1.3齿轮毛坯的等温正火技术74
3.1.4齿轮的锻造余热正火工艺77
3.1.5齿轮的退火、正火热处理实例77
3.2齿轮的整体淬火、回火技术78
3.2.1齿轮的淬火技术79
3.2.2齿轮的回火工艺86
3.2.3冷处理89
3.2.4齿轮的整体淬火、回火技术应用
实例90
第4章齿轮的调质热处理技术91
4.1常用调质齿轮钢材及其热处理91
4.1.1调质钢的分类91
4.1.2国内外调质钢材91
4.1.3调质齿轮常用钢材与用途92
4.1.4常用调质齿轮钢截面与力学
性能92
4.1.5调质齿轮的硬度选配94
4.1.6齿轮钢材调质硬度与硬化层
深度的确定94
4.2齿轮的调质热处理98
4.2.1调质齿轮钢材的预备热处理98
4.2.2齿轮的调质热处理工艺99
4.3球墨铸铁齿轮的调质处理工艺104
4.4大齿轮调质工艺设计105
4.5大模数齿轮的开齿调质工艺108
4.6焊接齿轮的调质处理工艺108
4.7齿轮调质热处理的实例109
第5章齿轮的化学热处理技术112
5.1齿轮的渗碳热处理技术112
5.1.1齿轮渗碳工艺的分类与典型
加工流程112
5.1.2齿轮的渗碳热处理技术参数113
5.1.3齿轮的渗碳工艺参数的选择
与控制116
5.1.4齿轮的气体渗碳工艺117
5.1.5常用结构钢齿轮的渗碳淬火、
回火热处理规范131
5.1.6齿轮渗碳后常用热处理工艺、
特点及适用范围132
5.1.7齿轮经渗碳(碳氮共渗)后
的热处理133
5.1.8齿轮的固体渗碳技术134
5.1.9齿轮的液体渗碳技术138
5.1.10齿轮的高温渗碳技术140
5.1.11大型齿轮的渗碳热处理技术142
5.1.12大型焊接齿轮渗碳淬火技术147
5.1.13齿轮的防渗技术及防渗涂料
的清理方法149
5.2齿轮的碳氮共渗技术153
5.2.1齿轮的气体碳氮共渗工艺153
5.2.2典型齿轮的碳氮共渗技术
应用实例159
5.2.3碳氮共渗后的热处理方法161
5.3齿轮的渗氮及氮碳共渗技术162
5.3.1齿轮的渗氮技术162
5.3.2齿轮的气体氮碳共渗技术176
5.3.3齿轮的离子(气体)氮碳共
渗技术179
5.3.4齿轮的盐浴氮碳共渗技术180
5.3.5齿轮的氮碳共渗技术应用
实例181
第6章齿轮的表面淬火技术183
6.1表面淬火技术概述183
6.2齿轮的火焰淬火技术184
6.3齿轮的感应淬火技术189
6.3.1感应淬火方法的分类189
6.3.2感应加热齿轮常用钢铁材料
与用途189
6.3.3感应加热设备的选择190
6.3.4齿轮的感应淬火工艺190
6.3.5齿轮的高频感应淬火技术206
6.3.6齿轮的中频感应淬火技术209
6.3.7齿轮的埋液感应淬火技术214
6.3.8齿轮超高频脉冲和大功率脉冲
感应淬火工艺217
6.3.9国内外大模数齿轮感应淬火
设备与工艺218
6.3.10齿轮感应淬火的屏蔽技术218
6.3.11齿轮的高、中频感应器及
喷水器219
6.3.12感应淬火机床的基本参数
的选取228
6.3.13主动齿轮尾部螺纹的感应
软化处理技术229
6.3.14齿轮感应淬火技术应用
实例230
6.3.15齿条的高频感应电阻加热
表面淬火技术231
第7章先进的齿轮热处理技术233
7.1齿轮的激光热处理技术233
7.1.1激光淬火及其特点和应用233
7.1.2齿轮激光淬火技术应用实例239
7.2齿轮的稀土化学热处理技术239
7.2.1生产现场化学热处理用稀土
催渗剂的配制240
7.2.2稀土渗碳(碳氮共渗)工艺241
7.2.3齿轮的稀土渗碳(碳氮共渗)
技术应用实例242
7.2.4稀土气体渗氮技术243
7.2.5齿轮的BH催渗技术245
7.3先进的齿轮感应热处理技术246
7.3.1齿轮双频感应淬火技术246
7.3.2齿轮的同时双频感应淬火技术
(SDF法)248
7.3.3单频整体冲击加热淬火技术249
7.3.4低淬透性钢齿轮的感应淬火
技术250
7.3.5齿轮渗碳后感应淬火、感应渗碳
及渗氮技术252
7.3.6先进的齿轮感应热处理技术应用
实例253
7.3.7新的模压式感应淬火技术254
7.3.8国外先进齿轮感应热处理技术与
应用256
7.4齿轮的真空热处理技术257
7.4.1齿轮的真空淬火技术257
7.4.2齿轮的真空渗碳技术259
7.4.3齿轮真空渗碳技术应用实例263
7.4.4齿轮的离子渗碳技术264
7.4.5齿轮的真空热处理实例266
7.4.6齿轮的低压真空渗碳与高压气
体淬火技术267
7.4.7齿轮的离子渗氮技术269
7.4.8齿轮离子渗氮技术应用实例276
7.4.9活性屏离子渗氮技术277
7.4.10齿轮的低真空变压快速化学
热处理技术279
7.5齿轮的真空及超声波清洗技术280
7.6齿轮的先进计算机模拟与智能控制
和精密热处理技术281
7.7齿轮的其他先进热处理技术285
7.7.1一种全新的HybridCarb渗碳
方法285
7.7.2齿轮的微波热处理技术286
第8章齿轮热处理质量控制与
检验289
8.1齿轮热处理质量控制要求289
8.2齿轮的材料热处理质量控制与疲劳
强度等级289
8.2.1齿轮用钢冶金质量的检验项目
及技术要求289
8.2.2齿轮材料热处理质量等级的
选择290
8.2.3齿轮的材料热处理质量控制
和疲劳强度290
8.3齿轮的一般热处理检验301
8.3.1齿轮脱碳、过热的检验301
8.3.2齿轮锻件的主要检验项目及
内容302
8.4齿轮退火与正火的质量检验302
8.5齿轮整体淬火与回火的质量检验303
8.6齿轮调质处理的质量检验304
8.7齿轮渗碳热处理的质量检验307
8.8齿轮碳氮共渗的质量检验312
8.9齿轮气体渗氮、离子渗氮及氮碳
共渗的质量检验313
8.10齿轮感应淬火的质量检验318
8.11齿轮火焰淬火的质量检验323
8.12齿轮热处理畸变与裂纹的检测324
8.12.1齿轮热处理畸变的检测324
8.12.2齿轮热处理裂纹的检测324
8.13齿轮的台架疲劳寿命试验326
8.13.1汽车弧齿锥齿轮技术要求及其
疲劳寿命试验要求326
8.13.2载货汽车驱动桥总成试验机及
其技术参数、特点327
8.13.313t载货汽车单级减速器驱动
桥总成疲劳试验328
8.13.4齿轮弯曲疲劳试验328
8.13.5齿轮接触疲劳性能试验的
实例328
8.14齿轮硬度检验329
8.14.1经不同工艺热处理后的零件表面
硬度测试方法及选用原则329
8.14.2常用硬度测试方法的适用
范围329
8.14.3不同硬化层深度和硬度测量方法
选用原则330
8.14.4硬度符号与表示及举例说明330
第9章齿轮热处理常见缺陷与
对策332
9.1齿轮热处理加热、冷却与力学性能
缺陷与对策332
9.1.1齿轮热处理加热缺陷与对策332
9.1.2齿轮热处理冷却缺陷与对策336
9.1.3齿轮热处理力学性能缺陷与
对策337
9.1.4防止齿轮热处理加热、冷却
缺陷的实例339
9.2齿轮的整体热处理缺陷与对策339
9.2.1齿轮的退火、正火缺陷与
对策339
9.2.2齿轮的整体淬火、回火缺
陷与对策342
9.2.3中碳钢和中碳合金钢齿轮整体
淬火、回火硬度缺陷与对策344
9.2.4中碳钢和中碳合金钢齿轮淬火、
回火金相组织缺陷与对策346
9.2.5中碳钢和中碳合金钢齿轮淬硬
层缺陷与对策348
9.2.6中碳钢和中碳合金钢齿轮淬火、
回火其他缺陷与对策 348
9.2.7中碳钢和中碳合金钢齿轮淬火
畸变与对策348
9.2.8中碳钢和中碳合金钢齿轮淬火
裂纹与对策349
9.3齿轮调质处理缺陷与对策350
9.3.1齿轮调质处理常见缺陷与
对策350
9.3.2防止齿轮调质处理缺陷的
实例352
9.4齿轮的化学热处理缺陷与对策353
9.4.1齿轮的渗碳(碳氮共渗)热
处理缺陷与对策353
9.4.2齿轮的渗氮(氮碳共渗)热
处理缺陷与对策376
9.4.3齿轮的离子渗氮缺陷与对策385
9.4.4齿轮的气体氮碳共渗缺陷与
对策388
9.5齿轮的感应热处理缺陷与对策391
9.5.1齿轮的感应淬火硬度缺陷与
对策391
9.5.2感应淬火齿轮表面硬度过高或
过低原因与对策394
9.5.3齿轮的感应淬火表面硬度不均
原因与对策395
9.5.4齿轮的感应淬火显微组织缺陷
与对策396
9.5.5齿轮的感应淬火硬化层缺陷与
对策396
9.5.6感应淬火齿轮其他热处理缺陷
与对策398
9.5.7齿轮感应热处理缺陷对策的
实例400
第10章齿轮的热处理畸变、裂纹与
控制技术402
10.1影响齿轮热处理畸变的因素402
10.2齿轮的整体热处理畸变控制
技术404
10.2.1轴类齿轮的热处理畸变控制
技术404
10.2.2环、套类齿轮的热处理畸变
控制技术406
10.3齿轮的化学热处理畸变与控制
技术407
10.3.1齿轮的渗碳(碳氮共渗)热处理
畸变与控制技术407
10.3.2齿轮的渗氮(氮碳共渗)热处理
畸变与控制技术433
10.4齿轮的感应热处理畸变与控制
技术437
10.4.1减小与控制齿轮感应淬火畸变的
措施437
10.4.2齿轮的高频感应淬火畸变与控制
技术442
10.4.3齿轮的中频感应淬火畸变与控制
技术448
10.5减小与控制齿轮热处理畸变的方法与
措施450
10.5.1合理选材和正确设计451
10.5.2优化锻造455
10.5.3采用预备热处理456
10.5.4消除机械加工残余应力458
10.5.5冷、热加工配合459
10.5.6合理选择装炉及支撑方式463
10.5.7减小热应力464
10.5.8合理选择淬火冷却介质及淬火
方式468
10.5.9改进热处理工艺与齿轮材料471
10.5.10采用淬火压床淬火474
10.5.11采用镶嵌补偿法478
10.5.12采用先进的热处理工艺与
装备479
10.6齿轮热处理畸变的校正技术482
10.6.1齿轮热处理畸变的校正方法482
10.6.2轴类齿轮热处理畸变的矫直
技术483
10.6.3环、套类齿轮热处理畸变的校正
技术485
10.6.4齿轮热处理畸变的校正技术应用
实例489
10.6.5齿轮齿形畸变的校正技术492
10.7齿轮的热处理裂纹与对策494
10.7.1热处理裂纹的分类、类型与
特征494
10.7.2淬火裂纹的特点及其与非淬火
裂纹的区别496
10.7.3形成齿轮淬火裂纹的影响
因素497
10.7.4防止齿轮形成裂纹的方法
与措施498
10.7.5防止齿轮形成裂纹的实例501
10.7.6防止齿轮淬火裂纹的其他
方法502
10.7.7调质齿轮淬火裂纹形成原
因与对策503
10.7.8防止调质齿轮淬火裂纹的
实例504
10.7.9齿轮的感应淬火裂纹与
对策505
10.7.10齿轮的化学热处理裂纹与
对策514
10.7.11齿轮的喷丸(抛丸)处理裂纹
形成原因与对策519
10.7.12齿轮的磨削裂纹与对策520
第11章齿轮的失效分析与对策525
11.1齿轮的服役条件与失效形式525
11.1.1齿轮的服役条件525
11.1.2齿轮的失效形式525
11.2齿轮的接触及弯曲疲劳失效原因、
形式及其影响因素527
11.3齿面的失效与对策527
11.3.1齿面磨损与对策528
11.3.2齿面塑性变形与对策529
11.3.3齿面胶合与对策529
11.3.4齿面点蚀与对策530
11.3.5齿轮硬化层剥落与对策531
11.4齿轮断裂与对策532
11.5齿轮的其他失效与对策533
11.5.1齿轮轮齿崩齿与对策533
11.5.2齿轮轮齿的末端损坏与
对策533
11.6齿轮轮齿常见失效模式的特征、
原因及对策534
11.7防止齿轮早期失效的实例536
11.8中重型载货汽车弧齿锥齿轮失效与
对策538
11.8.1因主、从动弧齿锥齿轮制造问
题造成失效的原因与对策538
11.8.2因主、从动弧齿锥齿轮装配及
使用问题造成失效的原因与
对策540
第12章提高齿轮性能与寿命的
途径544
12.1齿轮的强度设计544
12.2齿轮延寿与提高性能的途径545
12.2.1高精度长寿命渗碳齿轮对钢材
的要求545
12.2.2采用新型钢材提高重型载货汽
车驱动桥弧齿锥齿轮性能与
寿命546
12.2.3提高载货汽车变速器齿轮性能
与寿命的途径547
12.2.4提高重型载货汽车驱动桥弧齿
锥齿轮性能与疲劳寿命的
途径549
12.2.5通过增加渗层深度或提高心部
强度方法提高齿轮渗层接触疲
劳剥落抗力550
12.2.6采用稀土渗碳技术提高齿轮性
能与使用寿命551
12.2.7选用合适的低温化学热处理工
艺提高齿轮的疲劳强度551
12.2.8采用喷丸强化技术提高渗碳齿
轮疲劳强度552
12.2.9齿轮的其他延寿热处理
技术554
12.2.10感应淬火齿轮使用寿命低的
原因与对策556
第13章典型齿轮热处理及其
实例558
13.1机床齿轮热处理及其实例558
13.1.1机床齿轮的热处理558
13.1.2机床齿轮的热处理典型
实例559
13.2车辆齿轮热处理及其实例560
13.2.1车辆齿轮的热处理560
13.2.2车辆齿轮的热处理典型
实例561
13.3能源装备齿轮热处理及其实例563
13.3.1风电齿轮热处理及其实例563
13.3.2火电及其他发电装备齿轮
热处理及其实例565
13.4航空齿轮热处理及其实例566
13.4.1航空齿轮的热处理566
13.4.2航空齿轮的热处理典型
实例567
13.5轨道交通装备齿轮热处理及
其实例568
13.5.1轨道交通装备齿轮的热
处理568
13.5.2轨道交通装备齿轮的热处理
典型实例568
13.6冶金、矿山、石油化工及建材设备
齿轮热处理及其实例569
13.6.1冶金、矿山、石油化工及建材
设备齿轮的热处理569
13.6.2冶金、矿山、石油化工及建材
设备齿轮的热处理典型实例569
13.7船舶与海洋工程装备齿轮热处理及
其实例573
13.7.1船舶与海洋工程装备齿轮的
热处理573
13.7.2船舶与海洋工程装备齿轮的热
处理典型实例573
13.8液压齿轮泵齿轮热处理及其
实例574
13.8.1液压齿轮泵齿轮的热处理574
13.8.2液压齿轮泵齿轮的热处理
典型实例574
附录576
附录A齿轮用钢热处理工艺参数576
附录B齿轮渗碳钢末端淬透性(CGMA001
1：2012)583
附录C国内外常用结构钢对照表584
附录D齿轮热处理相关标准目录586
参考文献590

前言 齿轮工业是机械工业中技术最密集、资金最密集的产业之一，也是机械基础件中规模最大的行业之一。齿轮产品门类齐全，广泛应用于航空、船舶、兵器装备、汽车摩托、农机、机床、工程机械、轨道交通、建筑、起重运输、冶金、电力能源、石油化工和仪器等20多个领域。 齿轮质量的优劣直接影响到各种机械装备使用的可靠性、安全性和经济性。齿轮制造水平的高低，在一些方面直接反映了一个国家制造业水平的高低，而齿轮的热处理是决定齿轮制造水平高低的关键因素之一。高精度、低噪声、长寿命、超大型等一直是齿轮制造业的发展方向。最近国家出台的相关发展规划明确将超大型、长寿命齿轮和传动装置列在其中并作为开发重点，包括：功率2MW以上、噪声95dB(A)、机械效率97%、寿命20年的兆瓦级风力发电齿轮箱，军舰和船用大型齿轮传动装置，高精度、低噪声、长寿命大中型弧齿锥齿轮，汽车自动变速器及关键零部件等。 目前，我国齿轮行业已成为了年销售额以千亿元级为基数的中大型制造行业，居世界第二位。作为世界齿轮制造大国，我国的齿轮工业在最近20多年里已取得了很大的发展，在一定程度上，满足了装备制造业的需求。然而，高端齿轮产品在生产技术上与国外先进水平相比还有很大的差距，主要表现在使用寿命低、承载能力差和质量不稳定等方面，而且由于齿轮使用寿命偏低，导致钢材损失巨大，并且热处理耗能较大，成本较高。因此，急需尽快改进和提高。从热处理角度考虑，要提高齿轮的质量和使用寿命、降低生产成本，就是要根据齿轮材料及其结构和技术要求，合理地选用齿轮用钢，正确地制订齿轮热处理工艺，加强质量控制与检验，防止齿轮在热处理过程中出现的缺陷和工作中的损伤。本书针对以上问题，着重介绍了当前的典型齿轮材料及其热处理工艺、齿轮热处理常用设备和工艺材料、先进的齿轮热处理技术、齿轮热处理质量控制与检验技术、齿轮热处理畸变控制技术及提高齿轮性能与寿命的途径等。 本书主要内容包括：齿轮材料及其热处理，齿轮热处理常用设备和工艺材料，齿轮的整体热处理技术，齿轮的调质热处理技术，齿轮的化学热处理技术，齿轮的表面淬火技术，先进的齿轮热处理技术，齿轮热处理质量控制与检验，齿轮热处理常见缺陷与对策，齿轮的热处理畸变、裂纹与控制技术，齿轮的失效分析与对策，提高齿轮性能与寿命的途径，典型齿轮热处理及其实例。本书可供从事齿轮热处理的工程技术人员和工人阅读使用，对从事齿轮的设计、制造及使用的相关人员，以及相关专业的工科院校师生也有很好的参考价值。 本书是作者根据30多年从事齿轮热处理工作的实践经验和积累资料，并结合当前国内外实用的齿轮新材料、新工艺、新技术、新装备及新检测方法、新标准等编写而成的。书中内容采用了大量的图、表形式加以叙述，一目了然，便于读者阅读和查找。 在本书编写过程中，参阅并引用了一些有关齿轮热处理方面的专著及文章，在此谨向这些作者表示衷心感谢！ 由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者和专家批评指正。 金荣植