齿轮传动的热处理工艺

齿轮传动的热处理工艺是提升其承载能力与寿命的核心技术，需根据材料特性与工况需求选择针对性方案，实现表面硬化与心部强韧化的平衡。渗碳淬火是汽车、工程机械齿轮的主流工艺，将 20CrMnTi 等低碳合金钢齿轮置于 920-940℃的渗碳炉中，通入甲烷与氮气混合气体（碳势 1.0-1.2%），保温 4-6 小时使齿面碳含量升至 0.8-1.0%，随后油淬（油温 80-100℃）至表面硬度 HRC 58-62，心部硬度 HRC 30-40，有效提升齿面耐磨性与接触疲劳强度（接触疲劳极限可达 1100MPa）。

对于高速精密齿轮（如机床主轴齿轮），氮化处理更具优势，将 38CrMoAlA 合金齿轮在 500-520℃氨气中保温 20-30 小时，使齿面形成 0.15-0.3mm 的氮化层（硬度 HV 800-1000），处理后变形量＜0.02mm，无需二次加工即可保证精度。氮化层的高硬度可抵抗齿面擦伤，适用于润滑条件较差的场合，但承载能力略低于渗碳工艺（弯曲疲劳强度约 800MPa）。

大型齿轮（如风电齿轮箱齿轮）常采用调质 + 表面淬火工艺，先经 850℃正火 + 650℃回火使心部组织均匀（硬度 HB 220-250），再对齿面进行中频感应淬火（频率 10-25kHz，加热温度 850-900℃），淬硬层深度 2-5mm，齿顶、齿根均需淬透，避免使用中产生齿根断裂。热处理后需进行低温回火（180-200℃，2-3 小时）消除应力，确保齿轮在长期交变载荷下的尺寸稳定性（变形量＜0.05mm/m）。此外，对于航空齿轮等高端产品，还需进行深冷处理（-196℃液氮浸泡 2 小时），减少残余奥氏体含量（＜5%），进一步提升尺寸精度与耐磨性。