由于变速箱的服役条件不同，其材料选择也多种多样，常用的材料有：铸铁、碳素结构钢，如20、30、35、40、45、50、55等，合金结构钢，如12Cr2Ni4、15Cr、15CrMnMo、17CrNiMo6、18CrNiWA、18Cr2Ni4WA、20Cr、20CrMo、20CrMnMo、20CrMnTi、20SiMnVB、20MnVB、20CrNi2Mo、20Cr2Mn2Mo、20Cr2Ni4、20CrNi3、25MnTiB、25Cr2MoV、30CrMNTi、30CrNi3、30CrMnSi、30CrNiMoA、30CrNi2Mo、30CrMoAlA、35CrMo、35CrMoV、35SiMn、38CrMoAl、40MnB、40SiMn、40Cr、40Mn、40CrNiMoA、42CrMo、42SiMn、50Mn2、60Mn2等。近年来由于引进国外汽车，所以相应引进了一部分国外钢材，如SCr420、20MnCr5、ZF6、ZF7、HS-MnCB420H、SAE4320H、SCM420、SCM822H、21NiCrMo5等。我国汽车变速箱常采用下列钢材：20Cr、20CrMo、20CrMnTi、20CrM-nMo、20MnVB、25MnTiB、40Cr(调质)、38CrMoAl(渗氮)。
碳是钢中不可缺少的元素，含碳量2%以下为钢，以上为铸铁。碳在钢中以固溶体或化合物(Fe3C)的形式存在，碳在γ铁中的间隙固溶体为奥氏体，在α铁中间隙固溶体是铁素体，马氏体是碳在α铁中的过饱和固溶体，是钢淬火后的基本组织。钢的淬透性随着含碳量的增加而增加，钢在淬火后的硬度随着含碳量的增加而增高。
硅是钢中的常存元素，能够与钢生成化合物FeSi, 在钢中能生成非金属夹杂，硅加入能使γ上升，使A1点下降，奥氏体晶粒长大倾向增加，能提高钢的淬透性，降低钢的回火韧性，提高硬度和耐磨性，增加钢的热强性和抗氧化性，降低钢的耐腐蚀性。
锰是钢中的常存元素，锰在钢中形成碳化物，容易形成非金属夹杂，能使γ区上升，A1点下降，能够增加奥氏体晶粒长大的倾向，能促进钢中偏析的形成，能使奥氏体化温度下降，能够大大地提高钢的淬透性，淬火后增加钢中的残余奥氏体，有增加回火脆的作用，渗碳时降低碳的扩散速度，增加碳浓度，能增加钢的弹性，提高钢的强度和塑性，淬火回火后能增加钢的韧性和硬度。
铬是在炼钢中加入的元素，在钢中形成碳化物，并能形成金属间化合物FeCr，能够形成非金属夹杂，加入钢中γ区下移，A1点上升，大大降低奥氏体晶粒长大倾向，增加钢的偏析，增加淬火后残余奥氏体的量，增加回火脆性，使马氏体开始转变温度下降，能提高钢的弹性、强度、塑性。
钼、钒、钛的加入主要作用是为了细化晶粒，阻止晶粒长大。这些元素在钢中易形成碳化物，如Mo2C、VC、TiC，不易溶入奥氏体中。AI：铝在钢中能增加钢的抗氧化性，能促进钢对氮的吸收。
由于变速箱齿轮的种类繁多，热处理工艺也比较复杂，常用的工艺有：
在一些重型齿轮的传动中，由于齿轮尺寸较大，运行中易跑合，齿根强度富裕，抗冲击能力强，多采用调质齿轮，对于调质齿轮副，合理的硬度匹配，可以提高齿轮的寿命。调质就是对工件实行淬火加高温回火的工艺。齿轮的调质，首先要根据齿轮的加工情况选择设备;根据齿轮的材料、尺寸、热溶量的大小选择淬火温度;加热保温时间;选择合适的淬火介质和冷却方式。
(1)工件调质设备的选择
a、对于毛坯调质，可用一般的箱式电炉。
b、对于已经进行了粗加工的工件，要视加工余量的大小，要以在加热过程中能否使基体氧化、脱碳为原则，选择箱式电炉或带有保护气氛的电炉。
c、对于加工余量很小的加工件，选择带有保护气氛的加热炉或盐炉。
d、对于小型大量的调质件可以考虑调质自动生产线。
(2)调质件淬火的加热温度:对于齿轮用钢，淬火加热温度规定为Ac3+30℃-50℃。可以按下式计算：Tc(℃)=ΣAi Xi+K(注：Tc-加热温度;Ai-系数;Xi-合金元素含量;K-常数)。
(3)加热和保温时间:加热和保温时间由三个部分组成：即到达表指温度的时间;工件烧透时间;组织转变需要的时间。生产中常用“加热系数”来简便地估算时间，该时间按工件入炉后仪表到温时开始计算(注：τ=αKDα-加热系数;D-工件有效厚度;K-与装炉量有关的系数)。
(4)工件的加热速度从三个方面考虑：设备能力;工件复杂程度;材料的化学成分。
(5)工件的冷却方式：通常有直接淬火;双重冷却淬火;喷射淬火;分级淬火。淬火冷却剂的选择要根据原材料的化学成分和工件的复杂程度决定，一般碳钢用水，合金钢用油。
调质淬火后要采用高温(>500℃)回火，回火温度要根据技术要求通过试验决定。
最常用的齿轮表面淬火有火焰淬火和感应淬火，火焰淬火适合于单件大件生产，而感应淬火适合于批量生产。齿轮的感应淬火分为全齿感应淬火和单齿表面淬火。感应表面淬火要注意：感应设备有足够的输出功率;要选择适合工艺要求的频率;要注意感应圈的设计;要根据钢材的化学成分选择适合的冷却介质。
(1)齿轮毛坯的预备热处理:主要是对毛坯正火，目的为后期热处理做好基体组织准备及改善机加工的切削性能。
(2)齿轮的渗碳工艺:齿轮的渗碳温度常用920℃-930℃，为了减少畸变，对于渗碳层较浅的齿轮，取较低的渗碳温度。
(3)齿轮的碳氮共渗工艺:齿轮的碳氮共渗主要是采用气体共渗。气体共渗介质大体有三类：
a、含碳的液体有机化合物加氨;
b、气体渗碳剂加氨;
c、含碳氮的有机化合物(如三乙醇胺)
(4)渗碳及碳氮共渗后的热处理:不同钢材的齿轮渗碳和碳氮共渗后根据要求要进行淬火、回火。只是根据材料及技术要求不同分为直接淬火和冷却后二次加热淬火。一般本质细晶粒钢经气体或液体渗碳的齿轮都要在预冷后直接淬火。对于直淬变形大需要压淬的齿轮;渗碳后需要进行机加工的齿轮;固体渗碳的齿轮;直淬后晶粒粗大的齿轮;高铬镍钢淬后有大量残余奥氏体的齿轮在渗碳后要进行空冷，二次加热淬火。渗碳淬火后的齿轮都要进行低温回火，消除淬火应力，常用温度180℃-200℃。
(1)齿轮的渗氮和氮碳共渗(软氮化)都是在低温下进行。可避免工件的畸变，为保证心部硬度和整体强度，渗前要进行调质处理。工艺如下：
a、预备热处理：调质-去应力退火-局部防渗处理
b、齿轮气体渗氮工艺：温度500℃-560℃，介质用氨。工艺要控制温度、时间和氨的分解率。温度的选择取决于齿轮材料、渗层深度、齿面硬度等因素，渗氮时间取决于所要求的渗氮层厚度及氮化温度。
c、齿轮的离子渗氮：在稀薄气氛中利用阴极(工件)和阳极间辉光放电将氨电离渗入工件表面，与工件表面形成氮化物层。优点是渗速快，缺点是不能批量生产，成本高。
d、齿轮的氮碳共渗(软氮化)工艺：共渗温度570℃，优点是工件畸变小，缺点是时间长，生产率低。
我国汽车变速器行业正位于新的历史起点上，而齿轮作为变速器内主要的传动零件，它的精度直接影响变速器的质量。齿轮材质的选择及热处理的工艺合理性则直接影响齿轮的精度，因此对齿轮用钢及热处理工艺的研究极为重要。
摘要：汽车变速箱内, 基本零件是齿轮。齿轮的用料及其热处理方法主要根据变速箱的服役环境所决定。
关键词：钢,热处理
