6. 齒輪的材料及熱處理
機械， 機器， 日用品，玩具等領域中廣泛使用的齒輪， 其材料也是各種各樣。在這里， 我們將向您介紹具有代表性的齒輪用金屬材料及其熱處理方法。
6-1 具有代表性的齒輪材料
S45C（機械構造用碳素鋼）
S45C 是含碳量為 0.45% 的中碳鋼（Steel）的代表。因為進貨非常容易， 直齒輪，斜齒齒輪，齒條，傘形齒輪，蝸桿等各種齒輪多使用這種材料。
一般熱處理及硬度| 熱處理 | 硬度 |
| - | 194 HB 以下 |
| 調質 | 225 - 260 HB |
| 高頻淬火 | 45 - 55 HRC |
SCM440（鉻鉬合金鋼）
含碳量 C = 0.40%, 成份中含有鉻 / 鉬等成分的中碳合金鋼。
比 S45C 的強度高， 通過調質或高頻淬火處理可提高硬度。
用來制造各種不同的齒輪。
| 熱處理 | 硬度 |
| 調質 | 225 - 260 HB |
| 高頻淬火 | 45 - 60 HRC |
SCM415（鉻鉬合金鋼）
低碳合金鋼（C = 0.15%）的代表材料。一般情況下， 經滲碳淬火處理后使用。
材料熱處理后的強度高于 S45C 及 SCM440。使用表面硬度在 55 ～ 60HRC 左右。
SUS303（不銹鋼：18Cr-8Ni 鋼）
不銹鋼， 正如其名是不容易生銹的鋼（Stainless Steel ）。
奧氏體系的不銹鋼基本上為非磁性。
不銹鋼材的齒輪主要使用在食品機械等需要避免生銹的機械中。
與 SUS303 的成分相似的不銹鋼材料還有 SUS304。它的耐蝕性能高于 SUS303。
鑄造銅合金
鑄造銅合金是制造蝸輪的主要材料。一般有鑄造磷青銅（CAC502）鋁青銅（CAC702）等。 嚙合對手的蝸桿的材料大多使用 S45C/SCM440/SCM415 等鋼材。 蝸桿與蝸輪使用不同材料是為了防止蝸桿蝸輪嚙合時由于滑動而引起的齒面膠合及過度磨損等。
6-2 具有代表性的熱處理
什么是淬火？
為了提高鋼材的硬度， 將材料加熱到高溫（約 800℃）后快速冷卻。根據冷卻介質， 分為油冷 / 水冷 / 噴射冷卻等不同種類。
淬火后的鋼材過脆， 為了增加鋼材的韌性， 一般需要再進行回火處理。
純鐵即使經過淬火處理也不會變硬。鋼材的含碳量在 0.35% 以上的話， 淬火硬化可能。
什么是調質處理？
調質處理是將淬火及高溫回火相結合， 調整鋼材 ( 鋼件 ) 硬度 / 強度 / 靭性的熱處理。 因為調質后的材料及制品要進行機械加工， 所以硬度達不到淬火后那么高。
什么是高頻淬火？
像 S45C 或 SCM440 這樣含碳量在 0.35% 以上的碳素鋼， 對其表面進行硬化處理的方法。
要注意的是， 對齒輪進行高頻處理后， 會發生齒面及齒頂的硬度達到使用要求， 但齒根部分達不到淬火硬度的情況。硬度低于滲碳淬火處理的硬度。
齒輪經過高頻淬火后精度下降。作為高精度齒輪使用時需要對齒輪做磨削加工。
圖 6.1 高頻淬火爐
圖 6.2 加熱用感應圈
什么是滲碳淬火？
滲碳淬火是在低碳鋼的表面滲入碳素， 使之成為高含碳量狀態的處理。是僅對鋼材表面進行硬化的熱處理手段。
滲入碳素的表面與芯部（C = 0.15%）的硬度由軟到硬連續變化。芯部硬度低于表面。
經過滲碳淬火處理的齒輪容易產生變形（尺寸增大）及扭曲等， 致使齒輪精度下降 1 個等級程度。
要想提高齒輪精度， 需要對齒輪做再次磨削。
圖 6.3 浸炭淬火爐
什么是氮化處理？
氮化是將氮擴散滲入到鋼的表面以提高表面硬度的熱處理方法。含有鋁，鉻，鉬的鋼材容易達到氮化目的， 表面硬度提高。 具有代表性的氮化鋼有 SACM645（鋁鉻鉬鋼）。
圖 6.4 滲碳淬火的滲碳層