齿轮可以由各种材料制成，包括许多类型的钢、黄铜、青铜、铸铁、球墨铸铁、铝、粉末金属和塑料。总体而言，钢是最常见的材料，尽管多年来，我们一直在使用提到的所有材料类型。钢通常是最理想的，因为它提供了高强度重量比、高耐磨性、通过热处理增强物理性能的能力以及有竞争力的价格的成功组合。
了解齿轮所用材料
1、一般结构用轧钢（SS材质）
保证抗拉强度而不是化学成分的钢。（表5-2）
表5-2SS材料成分表（引自JISG）
SS-SS没有规定碳(C)的含量。碳负责钢的强度，也影响淬透性。因此，如果您选择日本经常用于齿轮的SS材料，您就是在选择未硬化的低强度金属齿轮。
2、冷轧钢板（SPC材质）
用于平板或曲板作为一般钣金件。（表5-3）
表5-3SPC材料成分表（引自JISG）
SPCC常用于齿轮材料，因为它的碳(C)含量高且具有通用性。由于厚度较薄，SPCC用于强度低于SS材料的齿轮。由于碳含量低，它们的表面不能通过硬化来固化，因此您需要指定软氮化处理来简单地硬化它们的表面。
3、机械结构用碳素钢（SC材质）
在各种特殊钢中，有时在热处理后使用，因此被归类为合金钢。热处理仅限于表面层。如果内部零件需要坚硬，机器结构使用合金钢。（表5-4）
表5-4SC材料成分表（引自JISG）
对于S15C-S25C，碳(C)的淬火和回火的拉伸强度没有规定，因为由于碳(C)含量较低，热处理不会提高硬度。当您只想使用金属时选择这种材料。如果要对这种低碳钢的齿面进行硬化，请在指定添加碳的渗碳和淬火后选择这些材料。另一方面，S30C及以下材料含有较多的碳，因此适用于一般硬化。如果您想用这些材料硬化齿面，请指定淬火和回火（整体）或感应淬火（选择性部分）。
“硬化时，根据碳含量选择渗碳淬火或感应淬火！”
齿轮材料
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选择用于制造齿轮的特定材料类型最终是在所需强度、耐用性和成本之间取得平衡。本文回顾了不同的金属和非金属齿轮材料、齿轮应用以及动力传输计算。
齿轮钢的分类
齿轮钢可分为两大类——普通碳钢和合金钢。合金钢在一定程度上用于工业领域，但热处理的普通碳钢更为常见。齿轮上使用未经处理的合金钢很少，如果有的话，是合理的，而且只有在缺乏热处理设施的情况下。确定使用热处理普通碳钢还是热处理合金钢时应考虑的要点是：使用条件或设计是否需要合金钢的优越特性，或者，如果不需要合金钢，所获得的优势是否会抵消额外的成本？对于大多数应用而言，普通碳钢经过热处理以获得预期服务的最佳质量，是令人满意且相当经济的。使用热处理合金钢代替热处理普通碳钢的优点如下：
对于相同的碳含量和淬火，增加了表面硬度和硬度渗透深度。
能够以较不剧烈的淬火获得相同的表面硬度，并且在某些合金的情况下，淬火温度较低，因此变形较小。
更高的屈服点、伸长率和面积减少值表明韧性增加。
更细的晶粒尺寸，由此产生更高的冲击韧性和更高的耐磨性。
在某些合金的情况下，更好的加工质量或更高硬度加工的可能性。
表面硬化钢的使用
两大类齿轮钢中的每一类可进一步细分如下：1)表面硬化钢；2)全硬化钢；3)经热处理并拉制成可进行机械加工的硬度的钢。
前两种——表面硬化钢和全硬化钢——在某些服务中可以互换，选择通常取决于个人意见。当需要耐磨性时，通常使用具有极硬、细晶粒（适当处理时）表壳和相对柔软且具有延展性的芯部的表面硬化钢。表面硬化合金钢具有相当坚韧的核心，但不如全硬化钢坚韧。为了从核心性能中获得最大收益，表面硬化钢应进行双淬火。对于合金钢来说尤其如此，因为从它们的使用中获得的好处很少能证明额外的费用是合理的，除非通过第二次淬火对核心进行精炼和增韧。额外细化必须付出的代价是增加失真，
使用“透硬化”钢
当需要高强度、高耐力极限、韧性和抗冲击性时，可使用穿通硬化钢。这些品质取决于所用钢材的种类和处理方式。在这组中可以获得相当高的表面硬度，尽管不如表面硬化钢高。由于这个原因，耐磨性并没有达到可能获得的那么大，但是当要求耐磨性与高强度和韧性相结合时，这种钢优于其他钢。硬化钢在硬化时会发生一定程度的变形，变形量取决于所使用的钢和淬火介质。出于这个原因，贯穿硬化钢不适用于以噪音为主要因素的高速齿轮，或用于精度至关重要的齿轮，当然，除非：在可以磨牙的情况下。中碳和高碳百分比需要油淬，但对于较低的碳含量可能需要水淬，以获得最高的物理性能和硬度。然而，水淬时变形会更大。
允许加工的热处理
当齿轮齿的磨削不切实际并且需要高精度时，可以将硬化钢拉制或回火到允许切割齿的硬度。这种处理提供了高度精细的结构、出色的韧性，并且尽管硬度低，但仍具有出色的耐磨性。通过消除由于不准确性引起的冲击而产生的增量载荷，在一定程度上补偿了较低的强度。当以这种方式处理从表面到核心的硬度渗透程度较低的钢时，设计不能基于与表面硬度相对应的物理特性。由于物理特性是由硬度决定的，从表面到核心的硬度下降会导致牙根的物理特性降低，压力最大的地方。淬火介质可以是油、水或盐水，这取决于所使用的钢和所需的硬度渗透。当然，变形量无关紧要，因为机加工是在热处理之后进行的。
使小齿轮比齿轮更硬以平衡磨损
通过使小齿轮比齿轮更硬，从磨损的角度来看是有益的结果。小齿轮的齿数比齿轮少，每个齿自然会做更多的功，小齿轮和齿轮之间的硬度差异（取决于比率）用于平衡磨损率。较硬的小齿轮齿通过初始磨损在一定程度上纠正了齿轮齿中的误差，然后由于表面的冷加工而使齿轮的齿变得光滑并增加了其承受磨损的能力。在齿轮比高且没有严重冲击载荷的应用中，与经过油处理的齿轮一起运行的表面硬化小齿轮，经过处理后达到可切割齿的布氏硬度，是一个很好的组合。小齿轮，
齿轮用锻轧碳钢
根据热处理，这些成分涵盖了三组齿轮用钢，如下所示：
a)表面硬化齿轮
b)未淬硬的齿轮，机加工后未经热处理
c)调质齿轮
锻造和轧制碳齿轮钢是根据表1中规定的化学成分要求购买的。N级钢通常在这些限制内的十点碳范围内订购。对物理性能的要求已省略，但在要求时应省略对碳的要求。钢可以通过平炉和电炉工艺中的一种或两种来制造。
表1齿轮用锻轧碳钢的成分
齿轮用锻轧合金钢
这些成分包括齿轮用合金钢，根据热处理分为以下两类：
a)表面硬化齿轮
b)淬火和回火齿轮
锻轧合金齿轮钢按表2规定的化学成分要求采购，省略了物理性能要求。钢应由平炉和电炉工艺中的一种或两种工艺制成。
表2齿轮用锻轧合金钢的成分
aC=碳；Mn=锰；Si=硅；Ni=镍；Cr=铬，Mo=钼。
b两种Nitralloy合金均含有0.85–1.2%的铝
齿轮用钢铸件
建议根据化学分析购买用于切削齿轮的铸钢件，并且只使用两种分析，一种用于表面硬化齿轮，另一种用于未经处理的齿轮和需要淬火和回火的齿轮。钢将通过平炉、坩埚或电炉工艺制造。转换器进程无法识别。必须提供足够的立管，以确保稳固和免于过度隔离。未退火铸件不得强行折断冒口。用火炬切断冒口时，切口应至少高于铸件表面二分之一英寸，并通过切削、磨削或其他无害方法去除剩余的金属。
齿轮用钢应符合表3规定的化学成分要求。所有齿轮用钢铸件必须彻底正火或退火，使用的温度和时间应完全消除未退火铸件的特征组织。
表3齿轮用铸钢的成分
aC=碳；Mn=锰；Si=硅。
合金化金属对齿轮钢的影响
这里总结了各种合金元素对钢的影响，以帮助确定用于特定目的的特定合金钢。概述的特性仅适用于热处理钢。当说明添加合金元素的效果时，可以理解的是，与相同碳含量的普通碳钢相比，参考的是给定碳含量的合金钢。
镍：添加镍往往会增加硬度和强度，但不会牺牲延展性。硬度渗透比普通碳钢稍大。由于淬火温度较低，使用镍作为合金元素降低了临界点并产生较少的变形。表面硬化组的镍钢渗碳较慢，但晶粒长大较少。
铬：铬比使用镍获得的硬度和强度增加，但延展性的损失更大。铬细化了晶粒并赋予了更大的硬度。铬钢具有高度的耐磨性，尽管晶粒细小，但易于加工。
锰：当存在足够量以保证使用合金一词时，添加锰是非常有效的。它比镍具有更高的强度，比铬具有更高的韧性。由于其对冷加工的敏感性，它很可能在严重的单位压力下流动。到目前为止，它还没有大量用于热处理齿轮，但现在受到越来越多的