窑、冷却机齿轮齿圈材料性能介绍

1、齿轮齿圈常用材料

由于工况低速重载的特殊性，回转窑、冷却机上齿轮，对精度要求不高，接触应力较大，运转环境较差。常用材料有碳钢和低合金钢两类。碳钢代表性的有45、ZG310-570、ZG340-640等。低合金钢代表性的有35SiMn、35CrMo、40Cr、ZG42GrMo等。参见《HGT20566-2011化工回转窑设计规定》。

2、两类材料性能的对比

2.1化学成分的差别

在工程应用过程中，对材料的性能提出更高的要求，低合金钢在普通碳钢的基础上添加少量Si、Mn、Cr、Mo等合金元素，通过钢固溶强化、并提高钢的淬透性与马氏体的回火稳定性，细化晶粒等手段，进一步提高钢的屈服强度、抗拉强度，硬度等指标。

2.2机械性能的差别 通过添加合金元素，配合调质、表面淬火等热处理工艺，低合金钢的抗拉强度、屈服强度、表面硬度相比普通碳钢材料，均可得到较大提升。根据使用经验，窑、冷却机设备所用齿轮、齿圈损坏形式主要表现为磨损，表面硬度的提升能有效减少磨损的发生。抗拉强度的提升能相对减少峰值负载过高造成的断齿事故发生的概率。

另外普通碳钢的屈强比（材料屈服强度与抗拉强度之比）为0.6以下，低合金钢的屈强比一般在0.65--0.75之间。一般来说屈强比低的材料可靠性高，当应力超过屈服强度时，发生塑性硬化会提高强度，不至于马上发生断裂，缺口敏感性要低，裂纹扩展慢，对疲劳强度影响小。

低合金钢添加合金元素，因为温度范围和操作时间区间比较窄，在冶炼过程和热处理操作过程要求很严格。如果热处理工艺不规范或者冶炼过程中存在杂质，对缺口敏感性影响较大，反而会削弱疲劳强度。

2.3经济成本的差别

碳钢齿轮由于淬透性比较差，齿轮尺寸比较大时，正火和调质的效果相似，而正火成本低，所以一般不要求调质。低合金钢要调质才能达到性能提升，再加上添加合金元素及冶炼工艺区别的因素，材料成本低合金钢要高于普通碳钢。普通碳钢以ZG310-570为例，市场价约3000元/吨左右。低合金钢材以35CrMo为例，市场价约6000元/吨。

钢材设备制造厂家也是直接外购，一般低合金钢材交货状态就是调质好的，由于窑、冷却机齿轮齿圈尺寸都比较大，通过金相组织检查并不能完全发现内部缺陷，再加上两种材料之间的价格差，有可能存在以次充好的风险。

3、材料的选择

当然选择哪类材料，要结合具体使用条件，有针对性的选择。综合以上因素对比，合适的材料用到合适的场合是为上上之选。