典型工件的选材及工艺路线设计; 10.1齿轮选材
10.1.1齿轮的工作条件、失效形式及其对材料性能的要求
1.齿轮的工作条件
齿轮主要用于传递扭矩和调节速度，其工作时的受力情况如下：
(1)由于传递扭矩，齿根承受很大的交变弯曲应力；
(2)换挡、启动或啮合不均时，齿根承受一定冲击载荷；
(3)齿面相互滚动或滑动接触，承受很大的接触压应力及摩擦力的作用。;;3)齿面接触疲劳破坏
在交变接触应力作用下，齿面产生微裂纹，微裂纹的发展继而引起点状剥落(或称麻点)。
4)过载断裂
过载断裂主要是冲击载荷过大造成的断齿。
表10－1是美国的一个关于齿轮失效形式及原因的统计资料。结果表明，疲劳断裂占失效齿轮总数的1/3以上，居首位；其次是表面损伤。总的来讲，断裂是齿轮失效的主要形式。;3.齿轮的性能要求
根据工作条件及失效形式的分析，可以对齿轮材料提出如下性能要求：
(1)高的弯曲疲劳强度；
(2)高的接触疲劳强度和耐磨性；
(3)较高的强度和冲击韧性。;表10－1美国931个齿轮失效方式及原因的统计结果;10.1.2齿轮类零件的选材
齿轮材料要求的性能主要是疲劳强度，尤其是弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。
强度与齿面硬度之间大致有以下关系：
式中，SB为疲劳强度；HV为齿面硬度值；k、m为与材料有关的常数。显然，表面硬度越高，疲劳强度也越高。
齿心应有足够的冲击韧性，目的是防止轮齿受冲击过载断裂。这方面还没有合适的计算方法，基本上凭经验决定。;10.1.3典型齿轮选材举例
1.机床齿轮
机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲击。因此，按照经验，一般可选中碳钢制造，为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢。它的工艺路线为：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→轮齿高频淬火及回火→精密
正火处理对锻造齿轮毛坯是必须的热处理工序，它可消除锻造应??，均匀组织，使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，改善齿轮表面加工质量。对于一般齿轮，正火也可作为高频淬火前的最后热处理工序。;调质处理可使齿轮具有较高的综合力学性能，心部有足够的强度和韧性，能承受较大的交变弯曲应力和冲击载荷，并可减少齿轮的淬火变形。
高频淬火及低温回火是决定齿轮表面性能的关键工序。通过高频淬火，轮齿表面硬度可达52HRC以上，提高了耐磨性，并使轮齿表面有残余压应力存在，从而提高了抗疲劳破坏的能力。为了消除淬火应力，高频淬火后进行低温回火。;表10－2机床齿轮的用材及热处理;表10－2机床齿轮的用材及热处理;2.汽车齿轮
汽车齿轮主要分装在变速箱和差速器中。在变速箱中，通过它改变发动机、曲轴和主轴齿轮的速比；在差速器中，通过齿轮增加扭矩，并调节左右轮的转速。全部发动机的动力均通过齿轮传给车轴，推动汽车运行。所以，汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。采用调质钢高频淬火不能保证要求，所以，对于重要齿轮，通常用低碳钢进行渗碳处理。我国应用最多的是合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi，并经渗碳、淬火和低温回火。渗碳后表面碳含量大大提高，保证淬火后得到高硬度，提高耐磨性和接触疲劳抗力。由于合金元素提高淬透性，淬火、回火后可使心部获得较高的强度和足够的冲击韧性，因此为了进一步提高齿轮的耐用性，渗碳、淬火、回火后，还可采用喷丸处理，增大表层压应力，有利于提高疲劳强度，并清除氧化皮。;渗碳齿轮的工艺路线为：
下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬火及低温回火→喷丸→磨削加工;表10－3汽车、拖拉机齿轮的常用钢种及热处理方法;表10－3汽车、拖拉机齿轮的常用钢种及热处理方法;; 10.2轴类零件选材
10.2.1轴类零件的工作条件
(1)轴类零件工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用；
(2)轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损；
(3)轴在高速运转过程中会产生振动，使轴承受冲击载荷；
(4)多数轴会承受一定的过载载荷。;10.2.2轴类零件的失效方式
由于轴类零件的受力情况及工作条件较复杂，因此其失效方式也是多样的。轴类零件的一般失效方式有长期交变载荷下的疲劳断裂(包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂)，大载荷或冲击载荷作用引起的过量变形甚至断裂，与其他零件相对运动时产生的表面过度磨损等。;10.2.3轴类零件的性能要求
根据轴类材料的工作条件和失效方式，对其可有以下性能要求：
(1)良好的综合机械性能：足够的强度、塑性和一定的韧性，以防止过载断裂、冲击断裂