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常用铸造齿轮材料及其热处理工艺方法

铸造齿轮因其加工性能好、耐磨性高、噪声低及成本低等优点，在机械制造行业得到广泛应

用。常用铸造齿轮材料主要包括铸铁及铸钢。常用齿轮铸铁材料是灰铸铁和球墨铸铁，因铸

铁中存在游离石墨和多孔性结构，故齿轮的耐磨性良好、噪声小。与铸铁齿轮材料相比，铸

钢材料具有较高强度、硬度和耐磨性能，可用于负荷较大的大型齿轮。

一、铸铁齿轮材料及其热处理

铸铁齿轮常用材料为灰铸铁及球墨铸铁。

1.齿轮用灰铸铁

灰铸铁抗拉强度低，脆性较高，抗弯及耐冲击能力很差，但它易于铸造，易切削，具有

良好的耐磨性、缺口敏感性小、减振性及成本低特点，可用于低速、载荷不大的开式齿轮传

动。

（1）齿轮用灰铸铁的牌号及力学性能齿轮用灰铸铁的牌号及抗拉强度见表1。

（2）灰铸铁齿轮表面硬度和耐磨性灰铸铁表面热处理前最好先正火处理。表面热处理，

如高中频感应淬火及化学热处理等，其中高中频感应淬火应用最多。高中频感应淬火温度通

常采用850~950℃加热淬火，由于铸铁导热性差，因此加热速度不易太快，单位功率要比同

样的钢件小一些。否则，会产生裂纹和熔化现象。铸铁经高频感应加热后，淬火冷却介质一

般采用水、PAG进行冷却。回火温度一般在200~400℃，铸铁齿轮经淬火、回火后硬度为

40~50HRC。灰铸铁齿轮金相检验执行GB/T7216《灰铸铁金相检验》标准。

2.齿轮用球墨铸铁

球墨铸铁的性能介于钢和灰铸铁之间，强度比灰铸铁高很多，具有良好的韧性和塑性，

在冲击不大的情况下，可代替钢制齿轮。齿轮制造主要使用珠光体和贝氏体球墨铸铁，牌号

在QT500以上，热处理一般采用正火+回火。

（1）球墨铸铁牌号、基体组织、力学性能及其各热处理状态下的力学性能球墨铸铁牌号、

基体组织、力学性能见表2。

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（2）球墨铸铁热处理铸造齿轮毛坯的预处理一般采用退火、正火，也可进行正火+回火，

或调质处理。球墨铸铁齿轮的常用热处理工艺见表3。

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（3）球墨铸铁金相检验执行GB/T9441《球墨铸铁金相检验》标准。

（4）应用例1：球墨铸铁齿轮，材料为球墨铸铁QT700-2，要求正火+回火处理。提高铸

件的综合力学性能，特别是提高铸件的塑性和韧性。热处理方法是中温部分奥氏体化正火+

回火，其热处理工艺如图1所示。

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热处理后检验其力学性能：抗拉强度σb＝700~840MPa，伸长率δ＝2%~5%，冲击韧度αK

＝16~22J/cm2，硬度为212~254HBW。金相组织：珠光体+破碎铁素体+球状石墨。

例2：收获机双联齿轮，材料为球墨铸铁QT600-3，重量0.92kg，要求正火处理。热处

理方法是球墨铸铁齿轮采用正火，其热处理工艺如图2所示。热处理后检验其抗拉强度σb

＝640MPa，伸长率δ＝3.5%。

例3：汽车主、从动弧齿锥齿轮，材料为高强度高韧性球墨铸铁。力学性能要求：抗拉

强度σb＝1300~1500MPa，冲击韧度αK＝60~100J/cm2，硬度为45~49HRC。部分化学成分要

求：wSi＝2.8%~3.0%，wMn＜0.5%，wMg＝0.2%，wCu＝0.6%~0.7%。

热处理的目的是提高铸件综合力学性能。热处理方法是球墨铸铁齿轮采用等温淬火，其

热处理工艺如图3所示。

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例4：球墨铸铁齿轮，材料为球墨铸铁QT700-2。热处理的目的是使铸件获得较好的塑性

和韧性。热处理方法是采用低温奥氏体化正火+回火，其热处理工艺如图4所示。

热处理后检验，其力学性能：抗拉强度σb＝720~730MPa，伸长率δ＝6.4%~7.2%，冲击

2

韧度