重型车用系列齿轮钢应用研究

汽车用齿轮钢20CrMnTi H 21的研制杨卫中(北京石景山区首钢第三炼钢厂,北京100041)摘要:采用BOF 2L F 2CC 工艺流程试制了汽车齿轮钢20CrMn Ti H 21,制订了合理的内控成分,强化了转炉终点控制、L F 炉铝脱氧造白渣、低过热度全保护浇注等工艺。

达到了淬透性带宽小于6.5HRC 、晶粒度8级、全氧含量小于0.0020%的水平。

并通过喂硫线控制钢中硫含量,提高其加工切削性能,满足了用户的特殊使用要求。

关键词:齿轮钢;20CrMn Ti H 21;BOF 2L F 2CC ;淬透性中图分类号:T G269 文献标识码:AThe Develop ment of 20CrMo Ti H 21Gear SteelU sed for t he AutomobileYang WeizhongAbstract :By adopting the BOF 2L F 2CC process to trail 2produce 20CrMn Ti H 21automobile gear steel ,the propriate inner controlling has been formulated ,as well as the processes of the BOF end 2point control ,deoxidiza 2tion for producing the white slag in L F and pouring with all protection at the low overheating temperature etc.have been strengthened to achieve the levels of less than 6.5HRC for the bandwidth of quenching degree ,8grade for the grain fineness and less than 0.0020%for the total oxygen content ,meanwhile by adding the sul 2phur to control the sulphur content in the steel ,its free cutting property has been improved to satisfy the special operation requirements of consumers.K ey w ords :gear steel ;20CrMn Ti H 21;BOF 2L F 2CC ;quenching degree 齿轮是汽车制造业中的关键零部件之一,汽车齿轮用钢应具有高强度、耐疲劳、耐磨损和良好的尺寸精度等特点。

国产汽车用齿轮钢的研究应用与展望Ξ袁建平1,姚正军2(1.江苏舜天国际集团有限公司,江苏南京210012;2.南京航空航天大学,江苏南京210016)摘要:根据国内汽车行业的发展趋势,分析了汽车用齿轮钢的性能要求,介绍了国产汽车用齿轮钢的研究应用情况,并对未来汽车用齿轮钢的发展趋势进行了展望。

关键词:齿轮钢;汽车;应用中图分类号:T G14212引　言齿轮是汽车的重要零部件之一,起着传递动力和运动的作用。

汽车齿轮在工作时,啮合齿面之间既有滚动又有滑动,轮齿根部还要承受脉冲或交变应力的作用,极易产生齿面磨损、齿面磨点以及剥落和齿根断裂等疲劳断裂现象,影响齿轮的使用寿命。

因此,要求齿轮钢不仅具有良好的耐磨性、高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度,而且还必须具有充分的韧性。

1　车用齿轮钢特性要求目前世界各国高性能的汽车用齿轮钢主要是渗碳齿轮钢,基本上都有以下要求。

111　质量特性(1)化学成分要求严格。

特别是对T i、Si、A l、S 含量有严格要求,严格控制钢的氧含量,要求w(O)≤(15～20)×10-6,有的甚至控制w(O)≤9×10-6。

(2)淬透性带较窄,轿车齿轮钢淬透性一般要求在6HRC以下,甚至在3HRC～4HRC,并要求做全带控制。

(3)晶粒度等级要求,细小均匀的奥氏体晶粒度对稳定钢材的末端淬透性,减少齿轮热处理后的变形量,提高渗碳钢的脆断抗力具有重要意义。

中国齿轮钢的晶粒度级别一般要求5～8级,而日本特别强调渗碳齿轮钢的晶粒度应不低于6级。

112　工艺特性(1)良好的热处理性能,齿轮钢应具有良好的淬透性,以确保渗碳淬火时渗层和心部出现过冷奥氏体分解产物,齿轮渗碳淬火后变形小,免去或减少齿轮的磨削加工。

(2)良好的成形性,包括热塑性变形成型,冷塑性变形成型和切削加工成形,可以降低能耗,提高齿轮的加工精度,降低模具和刀具损耗,降低生产能源消耗和汽车运行时的噪声。

2　国产汽车用齿轮钢系列及其应用211　传统汽车用齿轮钢系列及应用多年来,中国汽车用齿轮钢一直以20C r M nT i H 合金渗碳结构钢为主。

齿轮钢性能要求及用途齿轮钢是对可用于加工制造齿轮的钢材的统称。

一般有低碳钢如20#钢，低碳合金钢如：20Cr、20CrMnTi等，中碳钢：35#钢、45#钢等，中碳合金钢：40Cr、42CrMo、35CrMo 等，都可以称为齿轮钢。

下面变宝网小编为大家介绍下齿轮钢。

一、齿轮钢性能要求淬透性是齿轮钢的重要性能指标之一，它主要是保证不同大小齿轮的心部硬度，且有利于控制齿轮热处理变形。

齿轮钢的淬透性和淬透性带宽的控制，主要取决于化学成分及其均匀性。

也就是对淬透性影响大的元素如碳、锰等的控制，根据钢中碳和合金元素对淬透性各点硬度值的影响，确定该钢的内控成分范围。

钢中存在的氧化物和硫化物夹杂、有害元素如氮、氢、氧等，会降低钢材的力学性能，恶化钢材的工艺性能，从而影响汽车渗碳齿轮的使用寿命。

国内外对齿轮钢的氧含量要求控制在20×10-6以下，国际先进水平是在12×10-6以下，而国内有些特钢厂已达到15×10-6以下。

晶粒大小是齿轮钢的一项重要指标。

齿轮钢中细小均匀的奥氏体晶粒，淬火后得到细马氏体组织，明显改善齿轮的疲劳性能，同时减少齿轮热处理后的变形量。

齿轮钢晶粒度要求≥6级，通常是在冶炼时控制钢中残余铝含量达到细化晶粒的。

二、齿轮钢用途1）42CrMo齿轮钢具有强度高、淬透性高、韧性好、淬火时变形小、高温时有高的蠕变强度和持久强度等特点。

用于制造要求较35CrMo钢强度更高和调质截面更大的锻件，如：机车牵引用的大齿轮、压器传动齿轮、压力容器齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹；也可用于2000m 以下石油深井钻杆接头与打捞工具；并且可以用于折弯机的模具等。

2）20CrMnTiH是性能良好的渗碳钢，淬透性较高、经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部?具有较高的低温冲击韧性、焊接性中等、正火后可切削性良好。

用于制造截面<30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件；如：齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。

高疲劳强度超长寿命高速重载列车齿轮材料工艺关键技术及应用高疲劳强度超长寿命高速重载列车齿轮材料工艺关键技术及应用介绍高疲劳强度超长寿命高速重载列车齿轮材料工艺关键技术的研究和应用可以提高列车齿轮的性能和寿命，保障列车的安全运行。

以下是一些相关应用的讲解。

1. 超高温齿轮材料应用•随着列车速度的提高，列车齿轮面临着更高的温度和热膨胀的问题。

超高温齿轮材料的应用可以提高齿轮的耐高温性能，并减少由于温度变化引起的齿隙变化。

•使用耐高温合金、涂层和陶瓷材料等新型材料来制造齿轮，提高其抗热膨胀和耐热衰减能力，有效延长齿轮的使用寿命。

2. 优化表面处理工艺•表面处理工艺是提高齿轮耐疲劳强度和寿命的关键。

通过优化齿轮的表面处理工艺，可以提高齿轮表面的硬度和耐磨性，减少齿面的微裂纹和应力集中。

•喷丸、淬火、渗碳等表面处理工艺可以提高齿轮表面的强度和耐磨性，保证齿轮在高疲劳强度和重载下的可靠运行。

3. 新型齿轮材料的应用•新型齿轮材料的应用可以提高列车齿轮的强度、硬度和耐磨性，以满足高速和重载条件下的要求。

•高强度合金钢、高硬度表面增材制造（AM）材料和纳米材料等新型材料的应用，可以有效减小齿轮的变形和磨损，提高齿轮的使用寿命。

4. 基于CAD/CAM的精密制造技术•基于CAD/CAM的精密制造技术可以提高齿轮的制造精度和加工效率，保证齿轮的精确匹配和运转平稳。

•运用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM），通过数控加工设备进行齿轮的加工，能够实现高精度、高效率的制造过程。

5. 齿轮材料的损伤诊断和预测•利用损伤诊断技术和预测模型，可以对齿轮材料的损伤情况进行实时监测和分析，及时发现和修复潜在的问题。

•借助传感器和监测系统，对齿轮的振动、声音和温度等参数进行监测，以预测齿轮的寿命和故障风险，从而采取相应的维护措施。

以上是一些高疲劳强度超长寿命高速重载列车齿轮材料工艺关键技术及应用的介绍。

通过不断研究和应用这些关键技术，可以有效提高列车齿轮的性能和寿命，保障列车的运行安全。

1国内外汽车齿轮用钢现状1.1国外齿轮钢应用情况钢中含钼量较低的SCM415、SCM418、SCM420、SCM421钢大多用于中型汽车变速齿轮和轻型汽车国外,最初使用的渗碳齿轮钢基本上是锰钢和锰铬钢,例如日本的SMn420、SMnC420,德国的16MnCr5、20MnCr5等。

此类钢便宜,性能良好。

这是当时从经济角度出发,考虑到资源条件而研制的,但它们质量不稳定,强韧性配合差,往往强度指标合格而硬度达不到要求,晶粒粗化倾向大。

因此,目前国外汽车工业中已很少采用而逐渐被铬钢、铬钼钢、镍铬钼钢所取代。

德国ZF公司就曾在Mn2Cr钢的基础上再加硼处理,形成了颇具特色的ZF钢系列,其各方面的性能大大改善。

各国渗碳齿轮钢应用状况如下:日本:主要用铬钢和铬钼钢。

如铬钢SCr415、SCr420和铬钼钢SCM415、SCM418、SCM420、SCM421、SCM822均是日本汽车工业中广泛应用的钢种。

铬钢大多数用于小型车的变速箱齿轮。

铬钼后桥主、被动齿轮。

Mo含量较高的SCM822则用于中型汽车后桥主、被动齿轮。

其次是镍铬钼钢,如SNCM415、SNCM420,主要用于要求高淬透性和要求心部韧性较高的重型汽车上,以取代不含Mo的镍铬钢SNC415、SNC815等。

美国:小汽车变速箱以钼钢4023为主。

中型汽车变速齿轮及后桥主、被动齿轮以含Ni较低的Ni2Cr2Mo钢种8620、和8720为主,重型汽车齿轮采用含Ni较高的Ni2Cr2Mo钢4320和含Mo较高的Ni2Cr2Mo钢8822。

个别重型汽车齿轮采用Ni2Cr2Mo2B钢94B17。

英国:仍使用传统的Ni钢,如轻、中型汽车采用Ni2Mo类的EN35钢、Ni2C类的EN36钢和Ni2Cr2Mo类的EN352。

重型汽车则采用含Ni2Cr2Mo较高的EN3551.2 国内汽车齿轮钢的应用状况1.2.1 传统齿轮钢我国汽车行业使用的齿轮材料,多年来主要沿用前苏联用钢系列。

简述中国汽车齿轮钢研究进展作者：窦玉龙宋瑛来源：《神州·下旬刊》2018年第09期摘要：随着我国经济的持续发展，汽车行业正在不断深入到我们的日常生活中。

汽车中齿轮钢是重要的传动部件，对汽车起着重要的作用。

当前我国科技发展不够完善，再加上汽车齿轮钢工作条件复杂，为了将汽车齿轮钢更好的完善，需对齿轮钢性能的要求不断提高。

关键词：中国；汽车齿轮钢；研究进展一、汽车齿轮钢的性能要求汽车齿轮钢主要是要求材料的强度、塑性、韧性、淬透性、纯净度、晶粒度等性能达标，除此之外，齿轮钢的加工性能也是一项重要指标。

提高齿轮钢的强度、塑性、韧性可以增加齿轮钢的使用寿命，利用降低齿轮钢内部的含氧量和含硫量，促使铅能够分布均匀，增加齿轮钢的使用时长，减少资源浪费。

齿轮钢的淬透性对齿轮内部渗碳淬火的强度起着重要的决定作用。

淬透性主要是通过计算机计算炉前所用的碳含量来预测的，利用齿轮钢淬透性的宽和有效截面，以此来减少齿轮钢的热处理变形和增加使用性能的最大化。

纯净度主要是要求齿轮钢内部的氧化物和硫化物增加，通过降低有害杂物及钛的使用，以此增加齿轮的耐疲劳性能和使用寿命。

齿轮钢的晶粒度主要是在冶金方面进行晶粒度的细化，利用高温真空渗碳技术减少齿轮热处理的变形量，降低齿轮弯曲强度，增加渗碳钢的翠断抗力。

通过对汽车齿轮钢的性能要求进行分析了解，明确到一个好的齿轮钢需要具备练好的加工性能及易削性，降低齿轮钢的含氧量防止出现空冷贝氏体不达标，在进行齿轮钢的性能要求检测上，要保障齿轮钢内部性能均衡，避免出现不符合性能标准的齿轮钢应用到汽车组装上[1]。

二、我国汽车齿轮钢的材料应用当前我国汽车行业正在持续发展，汽车齿轮钢的材料种类越来越多，一般汽车主要应用的齿轮钢主要分为渗碳齿轮钢、空冷贝氏体钢、准贝氏体钢等齿轮钢材料。

渗碳齿轮钢主要是由低碳合成的低碳合金钢，由于当前我国汽车行业正在向高性能、长寿命、经济实惠型、生产高效率型发展，渗碳齿轮钢是当前汽车齿轮钢种类最多，应用范围最广的一种齿轮钢材料。