关于齿轮齿面热处理硬度与应力问题

chen0394 · 发表于 2014-10-9 23:15:30

在设计齿轮时，一般要求材料调质，然后齿面高频处理，硬度HRCxx-xx
硬度与强度对照表上，碳钢的最大抗拉强度是1744Mpa（一般碳钢才几百Mpa，不应该有这么大啊？）对应的是HRC50,也就是说碳钢做的齿轮，齿面的热处理硬度最大是HRC50，然而一般图纸技术要求一般都会超过HRC50，为什么？

hoot6335 · 发表于 2014-10-9 23:27:57

本帖最后由 hoot6335 于 2014-10-9 23:52 编辑

表面硬度的大小是根据硬度计打出来的结果。至于硬度跟抗拉强度的关系没研究过，不太好说。
个人愚见：淬火是表面硬度的特性，而抗拉强度是材料整体（特别是内部材料）的力学特性。两者对象不同，不能简单对照。
为了回帖，特找了点资料：
一般来讲，当钢的硬度在500HB以下时，其抗拉强度与硬度成正比。当也不是绝对的，要看场合。
热处理：回火温度低时，抗拉强度与HRC时的相关关系便可能被破坏，钢的回火温度，硬度和抗拉强度的关系如下图表示：

由此图可见硬度随回火温度的升高而下降，但在淬火状态以及300℃以下低温回火时，硬度与抗拉强度的关系难以成立。当回火温度在300℃左右时，抗拉强度与HRC具有相关关系，即硬度高，抗拉强度就高；硬度低，抗拉强度就低。在低温回火状态欲求出抗拉强度值是很困难的，因为此时抗拉强度值分布很离散。
由于低温回火件的抗拉强度不稳定而不能确定，故在日本工业标准（JIS）中也是通试验来测定400℃以上温度回火件的拉伸特性（也有300℃回火工件）。换言之是只对调质件（淬火+400℃回火）进行拉伸试验。在工业上只是在要求抗旋转弯曲疲劳和抗磨损时才使用低温回火件。高频淬火和渗碳淬火即为此适用例。受拉应力的零件不采用低温回火。不过在低碳钢中，但淬火后能发生自回火(故Ms点高)时，亦有在淬火状态下使用者。低碳钢的板条马氏体组织结构自回火，正可在工业上应用，但此时必须考虑淬透性和质量效应（必要时应添加B、Cr、Mn等金属元素）。

走路empty · 发表于 2014-10-10 10:20:25

应该是合金钢并且表面渗了些东西才能达到那样的强度

chen0394 · 发表于 2014-10-10 10:49:19

hoot6335 发表于 2014-10-9 23:27 % L& ?7 e0 S) d7 u8 {: U& n6 M! {" k
表面硬度的大小是根据硬度计打出来的结果。至于硬度跟抗拉强度的关系没研究过，不太好说。: N, Z; }$ [: ^: E3 H0 r0 l) V
个人愚见：淬火 ...

谢谢hoot6335的回复，
我的意思是：齿轮齿面的硬度设计值（如HRC58-62）是怎么来的？依据是什么？它与齿面的接触强度的关系是怎样的？

hoot6335 · 发表于 2014-10-10 11:09:15

chen0394 发表于 2014-10-10 10:49
, A( }/ `0 L3 h8 Y1 q8 A* n q谢谢hoot6335的回复，
3 y+ Q; {, R: F" o4 p我的意思是：齿轮齿面的硬度设计值（如HRC58-62）是怎么来的？依据是什么？它与齿 ...

这个俺确实没有研究过，说的不对请海涵。也希望能一起探讨，让自己涨个知识。
“齿轮齿面的硬度设计值（如HRC58-62）是怎么来的？”：根据这硬度值，俺认为这是硬齿面接触。提高到这种硬度主要原因是防止齿面磨损，提高齿轮寿命。而硬度的范围，除了手册上推荐的外，还有的是根据实际经验对比来确定的。比如：这次用HRC40~45，下次用HRC50~55……最终哪组齿面磨损小就采用哪个。当然，现在很多企业是采用横向对比或历史习惯来确定硬度范围。如：竞争对手用了HRC50~55，俺也这么用，或者比对手高点就用HRC58~60。又比如，俺用了HRC40~45，齿轮运行的也不错，没出问题，那就一直这么用下去。
归结到一点，齿轮的硬度是根据实际使用情况以及成淬火本来综合考虑的。

“它与齿面的接触强度的关系是怎样的？”齿面的硬度提高，有助于提高齿轮面抗点蚀、抗磨损的能力。即当材料一定的情况下，提高硬度值，可以增强齿轮的寿命。

chen0394 · 发表于 2014-10-10 11:48:29

hoot6335 发表于 2014-10-10 11:09
W6 Q) W" ^/ }+ d+ u5 S! q/ h这个俺确实没有研究过，说的不对请海涵。也希望能一起探讨，让自己涨个知识。5 y( c* A- J) O. \
“齿轮齿面的硬度设计值（ ...

你说的也很有道理，不过抗点蚀、抗磨损的只是定性的分析，而齿的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度是可以算并校核的。
硬度是跟接触疲劳强度有关的，二者都是可量化的，应该有一些对应关系才是，俺学识浅，一直没找到这方面的资料。
不知我说的对不对。

Dandylian · 发表于 2014-10-10 12:47:16

chen0394 发表于 2014-10-10 11:48 / P4 [/ o0 P6 I. U# h
你说的也很有道理，不过抗点蚀、抗磨损的只是定性的分析，而齿的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度是可以算并校 ...

楼主可查询QCN29018-91标准及编写说明,有这方面详细的介绍!

hoot6335 · 发表于 2014-10-10 12:52:16

chen0394 发表于 2014-10-10 11:48 ( u7 ?9 ?9 Y+ t3 m. D% V
你说的也很有道理，不过抗点蚀、抗磨损的只是定性的分析，而齿的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度是可以算并校 ...

俺的理解：影响“弯曲疲劳强度和接触疲劳强度”的主要因素是——制作齿轮的材料。如：45钢和QT500制作同样的齿轮，其“弯曲疲劳强度和接触疲劳强度”是不一样的。
而齿面硬度，主要影响齿轮表面的的抗磨损程度。对“弯曲疲劳强度和接触疲劳强度”的影响极小。
因为，当齿轮的受力足够大，以致一啮合就能把齿搞断，这时候无论齿轮表面的硬度到多少，都一样断齿。这时候，就不能单纯的说“齿面硬度”与“弯曲疲劳强度和接触疲劳强度”有对照关系了。

chen0394 · 发表于 2014-10-10 16:34:05

本帖最后由 chen0394 于 2014-10-10 16:35 编辑

hoot6335 发表于 2014-10-10 12:52
, C' m9 ^. ?+ ]) L* ^& d" `俺的理解：影响“弯曲疲劳强度和接触疲劳强度”的主要因素是——制作齿轮的材料。如：45钢和QT500制作同样 ...

弯曲疲劳强度是按输入扭矩计算的，按正常情况是不会拆断齿的，你说的“受力足够大”是非正常的破坏，齿面硬度只是齿面的表面层，里面还是有韧性的。
计算许用的接触疲劳应力[σh]时，要用到齿轮的接触疲劳强度极限图，里面会有热处理硬度与疲劳极限的对应关系。
我在网上找到了这样的资料，如图的疲劳强度与硬度关系式计算，但为什么是这样算的，什么情况用2HB,0.93HB,17HRC,这些系数是怎么来的？还不太明白？

yccando06 · 发表于 2014-10-11 20:11:31

chen0394 发表于 2014-10-10 10:49 * ^9 ^+ h4 B" @5 D! f3 R
谢谢hoot6335的回复，# B0 o {2 U: ^
我的意思是：齿轮齿面的硬度设计值（如HRC58-62）是怎么来的？依据是什么？它与齿 ...

HRC的测量极限了吧，再高的话要用HV了
再说硬度达到HRC55-60，已经很高了

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