由齒輪的失效形式可知，設(shè)計齒輪傳動時，應(yīng)使齒面具有較高的耐磨損、抗點蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對齒輪材料的基本要求為：齒面要硬，齒芯要韌。

常用的齒輪材料

      鋼材的韌性好，耐沖擊，還可以通過熱處理或化學(xué)熱處理改善其力學(xué)性能及提高齒面硬度，故最適應(yīng)于用來制造齒輪。

1、鍛鋼

      除尺寸過大或者是結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜只宜鑄造者外，一般都用鍛鋼制造齒輪，常用的是含碳量在(0.15～0.6)%的碳鋼或合金鋼。制造齒輪的鍛鋼可分為：

      軟齒面齒輪（硬度≤350HBS）：由于對強度、速度及精度要求都不高，為便于切齒，并使刀具不致迅速磨損變鈍，因此，應(yīng)將齒輪毛坯經(jīng)過正火（正火）或調(diào)質(zhì)處理后切齒。切制后即為成品。其精度一般為8級，精切時可達7級。這類齒輪制造簡便、經(jīng)濟、生產(chǎn)效率高。即：毛坯——?；ㄕ穑┗蛘{(diào)質(zhì)——切齒。

     硬齒面齒輪（硬度＞350HBS）：使用于高速、重載及精密機器（如精密機床、航空發(fā)動機），除要求材料性能優(yōu)良，輪齒具有高強度及齒面具有高硬度（如58～65HRC）外，還應(yīng)進行磨齒等精加工。需精加工的齒輪目前多是先切齒，再做表面硬化處理，最后進行精加工，精度可達5級或4級。這類齒輪精度高，價格較貴，所以熱處理方法有表面淬火、滲碳、氮化、軟氮化及氰化等。所以材料視具體要求及熱處理方法而定。即：切齒——表面硬化處理——精加工，加工的齒輪為硬齒面，5級或4級精度。

      合金鋼根據(jù)所含金屬的成分及性能，可分別使材料的韌性、耐沖擊、耐磨及抗膠合的性能等獲得提高，也可通過熱處理或化學(xué)熱處理改善材料的力學(xué)性能及提高齒面的硬度。所以對于既是高速、重載又要求尺寸小、質(zhì)量小的航空用齒輪，就都用性能優(yōu)良的合金鋼（如20CrMnTi，20Cr2Ni4A等）來制造。

2、鑄鋼

      鑄鋼的耐磨性及強度均較好，但應(yīng)經(jīng)退火及正火處理，必要時也可進行調(diào)質(zhì)，常用于尺寸較大的齒輪。

      灰鑄鐵性質(zhì)較脆，抗沖擊及耐磨性都較差，但抗膠合及抗點蝕的能力較好。常用于工作平穩(wěn)、速度較低、功率不大的場合。

      對高速輕載及精度不高的齒輪傳動，為了降低噪聲，常用非金屬材料（如夾布膠木、尼龍等）做小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。為使大齒輪具有足夠的抗磨損及抗點蝕的能力，齒面的硬度應(yīng)為250～350HBS。

齒輪材料的選擇原則

      齒輪材料的種類很多，在選擇時應(yīng)考慮的因素也很多，下述幾點可供參考：

      例如，用于飛行器上的齒輪，要滿足質(zhì)量小、傳遞功率大和可靠性高的要求，因此必須選擇機械性能高的合金鋼；

礦山機械中的齒輪傳動，一般功率很大、工作速度較低、周圍環(huán)境中粉塵含量極高，因此往往選擇鑄鋼或鑄鐵等材料；

家用及辦公用機械的功率很小，但要求傳動平穩(wěn)、低噪聲或無噪聲、以及能在少潤滑狀態(tài)下正常工作，因此常選用工程塑料作為齒輪材料。

總之，工作條件的要求是選擇齒輪材料時首先應(yīng)考慮的因素。

      大尺寸的齒輪一般采用鑄造毛坯，可選用鑄鋼或鑄鐵作為齒輪材料。

中等或中等以下尺寸要求較高的齒輪常選用鍛造毛坯，可選擇鍛鋼制作。

尺寸較小而又要求不高時，可選用圓鋼作毛坯。

      齒輪表面硬化的方法有：滲碳、氮化和表面淬火。采用滲碳工藝時，應(yīng)選用低碳鋼或低碳合金鋼作齒輪材料；氮化鋼和調(diào)質(zhì)鋼能采用氮化工藝；采用表面淬火時，對材料沒有特別的要求。

      正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)和輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調(diào)質(zhì)碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。

      合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。

      飛行器中的齒輪傳動，要求齒輪尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處理的高強度合金鋼。

      金屬制的軟齒面齒輪，配對兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為30～50HBS或更多。當(dāng)小齒輪與大齒輪的齒面具有較大的硬度差（如小齒輪齒面為淬火并磨制，大齒輪齒面為正火或調(diào)質(zhì)），且速度又較高時，較硬的小齒輪齒面對較軟的大齒輪齒面會起較顯著的冷作硬化效應(yīng)，從而提高了大齒輪齒面的疲勞極限。因此，當(dāng)配對的兩齒輪齒面具有較大的硬度差時，大齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力可提高約20％，但應(yīng)注意硬度高的齒面，粗糙度值也要相應(yīng)地減小。

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