齿轮是汽车、机械表等轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的重要传动元件，在机械运动中，齿轮的质量直接影响机械运行时发出的噪音和工作安全。齿轮的应用范围广泛，大多数传动机械设备中都有齿轮的存在，其中汽车用齿轮受到国内外教授的密切关注。随着人们生活水平的提高，汽车拥有率逐渐上升，市场对齿轮的需求量也逐渐扩大，与此同时对齿轮的质量和性能要求也越来越严格。为了保证人们驾车行驶的安全和其他机械运转的稳定，一方面要求齿轮具有更高的强度、韧性和塑性，使齿轮在超负荷状态下能够安全稳定地工作。另一方面又要求齿轮制作引进新工艺，节约制作的经济成本。本文重点研究金属热处理工艺对齿轮材料性能的影响，从齿轮材料本身的属性和金属热处理工艺技术两个角度出发，分析影响齿轮材料性能的因素，以便使齿轮制作行业有更好的发展，实现齿轮制作的高质量低成本，进一步提高齿轮制作的效率。

　　一、材料本身属性对齿轮材料性能的影响

　　大多数齿轮的制作材料分为铝，钢，钛三种，三种材料的性质对比如下表 1 所示。

表 1 铝、钢、钛的性质对比表

　　根据多次实验的结果显示，齿轮材料本身具有的特殊属性在热处理过程中对齿轮的材料性能具有一定的影响，其中影响较大的属性有淬透性、材料的纯净度以及材料的晶粒度。

　　淬透性对齿轮材料性能的影响：齿轮淬透性是决定齿轮质量的关键指标因素，决定着齿轮各方面的性能。淬透性对齿轮性能的影响包括在以下几个方面。

　　(1)淬透性钢材齿轮具有独特的淬透能力，淬透能力决定着齿轮的心部硬度，通常齿轮的心部硬度范围在35HRC~45HRC，合适的心部硬度能够确保齿轮具有良好的抗接触负荷性能和抗弯曲负荷性能，为了确保齿轮在工作时的安全稳定性，保证心部硬度具有足够的强度，应选用具有一定淬透性且心部硬度在 35HRC~45HRC 范围之内的优质材料。

　　(2)齿轮材料淬透性的大小决定着齿轮在进行热处理过程中形变的大小。由于齿轮在进行调质前后的内部组织含量不同，各种物质的比热容不相同，所以齿轮在进行热处理过程中会出现一定的形状改变。而淬透性带的宽度决定着齿轮受热发生形变的规律性，因此为减少形变并使形变具有一定的规律，应选用具有恰当淬透性且淬透性带宽较窄的钢材齿轮。

　　含氧度对齿轮材料性能的影响：齿轮制作材料中氧气含量是齿轮纯净度中的重要指标。氧气含量不但影响着齿轮的抗负荷性能还影响齿轮的热处理工艺。根据有关调查研究，当齿轮材料中的氧气含量从 11@10- 6 时，其抗接触负荷强度可以达到最大化;目前为提高齿轮的使用寿命，国外多采用真空脱气法来降低齿轮材料中含氧量，减少齿轮材料与氧气接触的面积，降低齿轮材料的氧化程度。

　　晶粒度对齿轮材料性能的影响：齿轮材料的晶粒度大小不仅影响着齿轮的抗负荷能力，而且也关系到齿轮在受热过程中变形情况。按照严格要求，齿轮材料的晶粒度应低于 6 级，而且单指本质细颗粒晶粒。晶粒过于粗大，可能会导致齿轮材料在热处理过程中获得较大的板条状马氏体和针片状马氏体，从而降低了齿轮核心部位的硬度和渗层的强韧性，降低齿轮的抗负荷能力，易使齿轮出现故障并减少齿轮的使用寿命。

　　二、热处理工艺对齿轮材料性能的影响

　　除了齿轮材料本身的属性在热处理过程中会对齿轮材料性能造成一定影响外，热处理工艺也会改变齿轮的材料性能 ;以汽车齿轮为例，齿轮的热处理工艺主要包括正火、渗碳、淬火、回火等，其中任何一种工艺都会对齿轮材料的性能造成不同程度的影响。

　　(1)正火工艺对齿轮材料性能的影响。大多数齿轮的制作都是采取热锻成形的方式，其主要功能是将锻坯的正火硬度控制在一定范围之内，通常正火硬度为 179HB~207HB。锻坯主要分为正火和等温正火两种工艺，其中锻坯的正火处理环节直接影响齿轮的质量和各方面的性能。正火处理工艺是将刚刚经过热处理的锻件进行一定时间的保温后再慢慢冷却到室温，维护锻件性能的稳定，避免锻件受周围冷空气环境的影响从而发生硬度差别过大或组织异常的现象。而等温正火是将刚刚受热过的锻件急速冷却到等温转变温度，金相组织均匀，提高了锻坯的加工性能，使锻件的形变更有规律。但急速冷却会使正火组织不良，锻件出现粒状贝氏体和针状铁素体。

　　(2)渗碳工艺对齿轮材料性能的影响。锻坯经过粗、精加工后制成齿轮，为获得较好的综合机械性能还需要进行渗碳热处理。碳的化学性质非常稳定，渗碳工艺以气体渗碳方式为主，通过渗碳工艺，可以提高齿轮的表面硬度，降低齿轮在运转时的摩擦阻力，使齿轮更加的坚硬耐磨。并且在齿轮进行超负荷运转工作时能够提高齿轮的抗接触负荷能力和抗弯曲负荷能力。为了实现最佳的渗碳效果，应选择合适的渗碳温度和碳浓度，淬火介质以及淬火温度，以便使齿轮渗碳均匀，性能更加稳定。此外，热处理设备选择，合理的工装设计及装炉方式等也是齿轮渗碳必须考虑的因素，避免出现渗碳层中碳浓度和渗层厚薄不均匀，碳浓度过高，形成严重的网状碳化物，导致淬火中易产生裂纹。

　　(3)淬火工艺对齿轮材料性能的影响。淬火温度和淬火介质及淬火时间对齿轮材料性能有一定的影响。齿轮的几何形状对淬火油温的高低，淬火介质的选择和冷却速度的快慢要进行综合考虑。淬火油温过高，冷却速度过快，齿轮易产生淬火裂纹且易变形，出现粗大马氏体不良组织。影响其材料性能。生产中，应根据齿轮的材料性能，技术要求，齿轮形状结构和使用性能等因素，合理制定淬火工艺。齿轮渗碳淬火后，应及时回火处理，减少热应力产生。

　　(4)回火工艺对齿轮材料性能的影响。齿轮在经过渗碳之后还需要进行低温回火处理，即在齿轮淬火后再进行低温回火，消除齿轮在淬火时产生的内应力。在齿轮材料淬透性稳定的前提下，对齿轮进行回火处理可以使齿轮的强度与韧性更好，提高齿轮的各方面的综合性能，从而使齿轮具备较高的硬度和优良的韧性和塑性，提高齿轮的耐磨性，延长其使用寿命。

　　三、结语

　　本文从齿轮材料的属性和金属热工艺处理技术两个角度出发分析了影响齿轮材料性能的因素，为齿轮制作行业提供了科学的理论分析。希望通过本文的研究，我国的齿轮制作厂能够加强管理，合理的选用最优秀的齿轮材料，引进先进的制作技术，控制好每一步制作流程，在以提高齿轮的质量和各方面性能的前提下，节约经济成本，避免不必要的经济损失。