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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。
渗碳处理20CrMnTiH和20CrNiMoH齿轮材料滑动摩擦学特性研究近年来，随着工业化的高速发展和机械制造技术的进步，齿轮材料的应用领域越来越广泛。
对于齿轮材料而言，摩擦学性能是一项非常关键的技术指标，直接关系到齿轮工作的寿命和效率。
因此，研究齿轮材料的滑动摩擦学特性，对于提高齿轮的工作效率和寿命具有重要意义。
20CrMnTiH和20CrNiMoH是常用的齿轮材料，其性能特点主要表现在硬度、强度和耐磨性等方面。
为了进一步提高其工作寿命和效率，需要对其滑动摩擦学特性进行研究。
在研究中，采用了渗碳处理工艺对20CrMnTiH和20CrNiMoH进行处理，以改善其表面硬度和耐磨性。
接下来，通过滑动摩擦学实验，对渗碳处理前后的20CrMnTiH和20CrNiMoH齿轮材料进行了性能测试和分析。
结果显示，经过渗碳处理后，20CrMnTiH和20CrNiMoH表面硬度均得到了显著提高。
同时，在滑动摩擦学实验中，渗碳处理后的齿轮材料摩擦系数明显降低，滑动磨损率也有所减小。
这表明，渗碳处理能够有效地改善齿轮材料的摩擦学性能，从而提高其工作效率和寿命。
此外，在研究中还发现，20CrMnTiH和20CrNiMoH齿轮材料的滑动摩擦学性能受到工作温度的影响较大。
随着温度的升高，其摩擦系数和滑动磨损率均有所增大。
因此，在实际应用中，需要考虑到工作温度的影响，采取相应的措施来保证齿轮材料的摩擦学性能和工作寿命。
综上所述，通过渗碳处理工艺对20CrMnTiH和20CrNiMoH进行处理，能够改善其滑动摩擦学特性，提高其工作效率和寿命。
此外，工作温度也是影响齿轮材料摩擦学性能的主要因素之一，需要在设计和选材的过程中加以考虑。
今后的研究中，可以进一步探讨其他改善齿轮材料摩擦学性能的方法，为工业生产提供更好的材料选择。
除了渗碳处理，还有一些其他的方法也可以用于改善齿轮材料的摩擦学性能，如表面喷涂、化学表面处理等。
其中，表面喷涂是一种常用的方法，在工业生产中得到广泛应用。
20CrMnTi硬齿面齿轮弯曲疲劳试验分析杨文龙【摘要】为了获得20CrMnTi材料齿轮的弯曲疲劳特性,基于Miner线性损伤累积假设理论,利用疲劳试验机,采用疲劳极限快速测定法,较快地得出被测齿轮的弯曲疲劳极限应力值,能为齿轮设计时提供准确的弯曲疲劳极限应力值.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】2页(P65-66)【关键词】20CrMnTi;齿轮;弯曲疲劳;快速测定法【作者】杨文龙【作者单位】中国重汽集团大同齿轮有限公司技术中心,山西大同037305【正文语种】中文【中图分类】TG113.25+50 引言齿轮设计中，齿轮材料的疲劳寿命是关键因素。
齿轮疲劳特性曲线是实现变速器齿轮传动系统有限寿命设计、可靠性设计的关键数据。
特别是汽车变速器设计中，疲劳极限应力尚未获得，给齿轮设计带来较大困难，所以要对其进行疲劳试验研究。
通常，齿轮寿命分布依据大样本的概率试验才能获得，但这造成资源消耗、噪声污染，并且投入资金高，实验时间长,工程中不能广泛应用，因此，本文基于Miner线性损伤累积假设理论，采用罗卡提[1]快速试验方法进行疲劳试验的研究。
与标准试验方法相比较，这种方法只用了有限个试件齿轮，花费较少的时间，就可求出疲劳极限应力，且其相对误差4%左右。
1 试验理论Miner损伤累积假设是罗卡提快速试验法的基础[2]。
该理论认为金属材料在交变应力下，每受一次交变应力就造成小量的损伤，当这些损伤逐渐累积在一起，就达到与其寿命相当的时间。
假设试验齿轮在不稳定的变应力下工作，N1、N2…NK为各应力σl、σ2…σk对应的材料发生疲劳时的各个循环次数，n1、n2…nk为各应力作用下的工作循环次数，可在σ-N坐标上建立。
材料发生疲劳时的循环次数与各应力的对应关系，见图1。
图1 不稳定变应力根据Miner理论，疲劳损伤取决于变形功的作用，因此，在不同的应力水平下工作，就可对相同试验齿轮进行疲劳极限应力快速测定。
齿轮钢20CrMnTiH的开发与试制吴胜军（湘潭钢铁有限公司炼钢厂，湖南湘潭411101）摘要：针对齿轮钢20CrMnTiH的性能要求以及生产控制难点，在参考国家标准的基础上重新设计化学成分'对产品性能影响较大的ω(Ti)控制在0.06 %～0. 09%，以满足C-Ti差控制在0.12%而实现淬透性和塑性指标最佳。
湘钢生产的φ50～150 mm各种规格的20CrMnTiH圆钢表面质量、内部质量及外形尺寸均符合国家标准，机械性能达到预期目标。
关键词：20CrMnTiH；设计；检验中图分类号：TF762+.3 文献标识码：A 文章编号：l001-1447(2011)03-0054-04Exploitation and trial-manufacture of gear steel 20CrMnTiHWU Sheng-jun(Xiangtan Iron and Steel Co. Ltd. , Xiangtan 411101, China)Abstract: Based on the property requirements of 20CrMnTiH and difficulties in the pro-duction process, the composition of trial-manufactured 20CrMnTiH is designed in ac-cordance with the national standard. The content of Ti is in a range of 0. 06 %-0. 09%，which can control the difference of C-Ti to be 0. 12% for reaching best indexes of quenching and plasticity. The quality of surface, interior and formal size of 20CrMnTiH in series of cp50 - 150 mm produced by Xiangtan Steel Co. Ltd are in good accordance with the national standard. In addition, its mechanical properties can also a-chieve the expected goal.Key words: 20CrMnTiH; designing;i:nsp.ection20CrMnTiH是齿轮用钢的主体钢种，是机械制造业使用最广、用量最大的钢种之一，主要用于承受高速、中等及以上载荷的重要零件，用于机械、汽车、摩托车等行业。
铁素体对大型调质齿轮钢疲劳点蚀性能的影响
黄金亮;邵尔玉;仲复欣
【期刊名称】《热加工工艺》
【年(卷),期】1993()1
【摘要】针对大模数齿轮常用钢种45CrMnMo及42CrMo进行亚温淬火得到铁素体/马氏体复柑组织,通过系统的接触疲劳试验,研究了铁素体量与中碳合金钢疲劳点蚀寿命之间的关系。
结果表明,在中硬度HRC37下,铁素体量对45CrMnMo及42CrMo钢的点蚀寿命有着明显的影响。
随铁素体量增加疲劳点蚀寿命提高,但存在一个最佳峰值,对应的铁素体量,42CrMo为10%,45CrMnMo则为12%。
【总页数】3页(P23-25)
【关键词】亚温淬火;铁素体;接触疲劳;合金钢
【作者】黄金亮;邵尔玉;仲复欣
【作者单位】洛阳工学院;洛阳矿山机器厂
【正文语种】中文
【中图分类】TG142.33
【相关文献】
1.22Cr—5Ni铁素体—奥氏体不锈钢焊缝金属的耐点蚀性能 [J], Walk.,RA;茅益明
2.铁素体-珠光体型非调质钢的高周疲劳破坏行为 [J], 查小琴;惠卫军;雍岐龙
3.00Cr12Ti铁素体不锈钢耐点蚀性能研究 [J], 张海;江海涛;殷安民;唐荻
4.钼对超纯铁素体不锈钢在中性氯介质中抗点蚀性能的影响 [J], 张恒华;王德英;周建辉;徐有容
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20CrMnMo钢和20CrMnTi钢接触疲劳性能的研究
李自华;万教明;王树升;曲敬信;廉广社;邵荷生
【期刊名称】《金属热处理》
【年(卷),期】1992()6
【摘要】本文研究了20CrMnMo钢和20CrMnTi钢渗碳淬火后的组织、性能、接触疲劳寿命及磨损机理。
结果表明,20CrMnMo钢的接触疲劳性能优于
20CrMnTi钢。
【总页数】5页(P33-37)
【关键词】渗碳;接触疲劳;磨损机理;结构钢
【作者】李自华;万教明;王树升;曲敬信;廉广社;邵荷生
【作者单位】北京轻型汽车有限公司;中国矿业大学北京研究生部
【正文语种】中文
【中图分类】TG161.81
【相关文献】
1.大型锻钢支承辊材料的接触疲劳性能研究 [J], 温宏权;姚利松
2.42CrMo钢M+F双相组织接触疲劳、多冲疲劳及弯曲疲劳性能研究 [J], 何柏林;李树桢;于影霞;邵尔玉
3.20CrMnTi钢碳硼复合渗接触疲劳强度与抗咬合性的研究 [J], 单丽云;倪振尧
4.20CrMnTi钢碳氮共渗层深对接触疲劳性能的影响 [J], 常天义;马茂元;邢大志;严松伟
5.磨削量对20CrMnTi钢碳氮共渗滚轮试样接触疲劳性能的影响 [J], 马茂元;刘肇域;姚永奎;张进才
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20CrMnTiH5齿轮钢产品质量分析郭志元【摘要】以检验数据为基础,对20CrMnTiH5齿轮钢的化学成分、物理性能和外观质量进行分析并与标准要求对比.结果表明,20CrMnTiH5钢检验一次合格率88.66％,检验合格率为98.3％.复验比例:热顶锻4％,氧含量26％,末端淬透性68％,非金属夹杂物2％.窄范围控制化学成分、稳定炉次间的化学成分波动、采取适当的压缩比,优化工艺控制、稳定工艺操作、降低氧含量,是提高钢种一次合格率的有效措施.【期刊名称】《山东冶金》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】3页(P43-45)【关键词】齿轮钢;20CrMnTiH5钢;化学成分;物理性能;外观质量【作者】郭志元【作者单位】山钢股份莱芜分公司特钢事业部,山东莱芜271105【正文语种】中文【中图分类】TG142.11 前言传统20CrMnTiH齿轮钢是国内用于制造各种工程机械、汽车等传动齿轮、齿轮轴材料的钢种。
传统齿轮钢品种单一，竞争力不强，为此山钢股份莱芜分公司开发了汽车用Cr-Mn-Ti系列保证淬透性齿轮钢20CrMnTiH5。
该钢种在成分均匀性、钢液纯净度、晶粒细密度以及淬透性上都有大幅度提高，由此细化市场，满足客户多样化要求。
为考察产品质量及对生产提供进一步指导，本研究对山钢股份莱芜分公司生产的20CrMnTiH5钢质量进行检验分析。
2 质量检验20CrMnTiH5齿轮钢生产工艺流程：50 t电炉→LF精炼→VD真空脱气→连铸（电磁搅拌）→轧制→精整→检验→入库。
自2015年1—10月，山钢股份莱芜分公司共统计生产的20CrMnTiH5齿轮钢476炉，对钢的成分及性能进行检验统计。
2.1 化学成分20CrMnTiH5钢的化学成分见表1，由表1可以看出钢的化学成分基本控制在标准要求内，P、S杂质元素控制较好，Ti含量控制在合理的水平（经验数值Ti含量为0.07%），既细化了晶粒，又避免TiN夹杂含量过多。
Metallurgical Engineering 冶金工程, 2017, 4(1), 56-60Published Online March 2017 in Hans. /journal/meng https:///10.12677/meng.2017.41008文章引用: 范黎明, 裴建华. Ti 对20CrMnTiH 齿轮钢接触疲劳性能影响研究[J]. 冶金工程, 2017, 4(1): 56-60.Effect Study of Ti on Contact Fatigue Properties of 20CrMnTiH Gear SteelLiming Fan, Jianhua PeiShandong Iron and Steel Group Co., Ltd, Laiwu ShandongReceived: Mar. 19th , 2017; accepted: Mar. 28th , 2017; published: Mar. 31st, 2017AbstractIn order to avoid the harm of the large particle deformation and brittle TiN inclusions to the fati-gue life of gear steel, according to the principle of the microalloying and toughening of steel mate-rials, the titanium content in 20CrMnTi was optimized and designed. The results show that reduc-ing the titanium content of carburizing steel can effectively reduce or eliminate liquation TiN ofcarburizing steel containing Ti, so to improve the fatigue life of steel.KeywordsGear Steel, Fatigue Life, TiN, Composition OptimizationTi 对20CrMnTiH 齿轮钢接触疲劳性能影响研究范黎明，裴建华山东钢铁集团有限公司，山东 莱芜收稿日期：2017年3月19日；录用日期：2017年3月28日；发布日期：2017年3月31日摘 要为避免大颗粒不变形脆性TiN 夹杂物对齿轮钢的疲劳寿命的危害，根据钢铁材料的微合金化原理和强韧化原理，对20CrMnTi 钢中的钛含量进行优化设计，结果表明，适当降低渗碳钢中的钛含量，可有效减轻或消除含钛渗碳钢中的液析氮化钛从而提高钢材的疲劳寿命。
关键词齿轮钢，疲劳寿命，TiN ，成分优化范黎明，裴建华Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 引言20CrMnTi钢中的Ti主要起到渗碳过程中防止晶粒长大的作用，由于Ti元素较为活泼，冶炼时其收得率的波动较大，为保证其能够发挥高温时阻止晶粒长大的作用，早期的20CrMnTi钢中Ti的添加量一般控制在0.06%~0.12%的范围，但过高的钛含量必然导致液析TiN的出现，而液析TiN由于尺寸粗大且形状为具有尖锐棱角的立方体故对表面接触疲劳性能不利。
随着钢铁冶炼技术的发展，Ti的收得率可较为稳定地控制，国家标准规定钢中Ti含量降低到0.04~0.10%。
但即便如此，还会在一定程度上出现少量液析TiN [1]。
为此，如何进一步降低20CrMnTi钢中Ti的添加量，以保证有足够体积分数的Ti(C,N)颗粒明显阻止渗碳时晶粒的粗化的前提下完全消除液析TiN成为我们研究的主要内容。
2. 试验钢冶炼采用25 kg真空熔炼电炉进行Ti含量优化设计的20CrMnTi齿轮钢的冶炼。
选取1号钢(低氮低钛，钛氮乘积最低，为0.0001066)、2号钢(高氮低钛，钛氮乘积中等，0.0004320)、3号钢(低氮高钛，钛氮乘积较低，为0.0001352)、4号钢(高氮高钛，钛氮乘积最高，达到0.0008280)作为试验钢进行研究，具体成分见表1。
试验钢碳、硅、锰、铬的含量均在GB/T5216-2004标准要求范围内。
为避免硫、磷形成的其他夹杂物对试验结果的影响，对钢中硫、磷含量进行非常严格的控制。
进行接触疲劳试验时又分别随机选取电炉生产和转炉生产的两炉20CrMnTi钢进行试验，其钛、氮含量见表，钛氮乘积分别为0.0004640和0.0003500，均相当接近本项目试验钢设计的化学成分范围。
3. 锻造与预处理试验用钢经改锻得到直径55 mm的圆棒，用于加工相关试样。
锻造工艺规范为：1200℃加热，1150℃开锻，900℃以上终锻，锻后空冷至室温。
为规范钢材组织，进行预先热处理。
预处理工艺规范为：930℃加热，到温后保温30 min，空冷(室温温度15℃)。
4. 试样加工接触疲劳试样为Φ52 × 10 mm，且内孔直径为Φ30 mm的圆片试样。
Table 1. Chemical composition of experimental smelting steel (wt%)表1. 试验冶炼钢的化学成分(wt%)炉号 C Si Mn S P Cr O Ti N Ti × N1 0.17 0.27 0.97 0.0035 0.0059 1.12 0.0018 0.026 0.0041 0.00010662 0.20 0.25 0.95 0.0041 0.0064 1.16 0.0022 0.027 0.0160 0.00043203 0.19 0.27 0.99 0.0042 0.0063 1.12 0.0019 0.052 0.0026 0.00013524 0.18 0.27 0.97 0.0042 0.0063 1.14 0.0021 0.046 0.0180 0.0008280对比转炉0.050 0.0070 0.0003500 对比电炉0.042 0.011 0.0004640范黎明，裴建华试样加工过程中，试验钢与电炉、转炉钢相比无异常。
5. 接触疲劳寿命试验试样进行930℃渗碳后直接淬火低温回火处理后进行表面接触疲劳试验，由于降钛后可明显减少钢中液析氮化钛的含量及尺寸，因而对其接触疲劳性能应该有明显的好处，而接触疲劳是齿轮在实际应用中最重要的失效方式，如果能提高钢的接触疲劳寿命，必将明显提高齿轮的使用性能[2]。
5.1. 试验条件1) 试验负荷为2881 N，对应接触应力为4255 MPa；2) 试验机转速为2800 r/min；3) 试验时采用N32机油循环润滑；4) 试验在五台试验机上交替进行，每组试验采用10片推力片试样进行试验。
5.2. 接触疲劳试验结果由于接触疲劳试验数据具有一定的波动性，通常对同一钢种相同热处理工艺条件都必须进行10~20个试样的成组试验[3]，因此接触疲劳试验较为复杂费时，为此，在其他试验揭示的研究结果的基础上，挑选钛氮乘积适当偏高(高氮低钛2号钢)、钛氮乘积适当偏低(低氮高钛的3号钢)的两组试样及工业化生产的常规20CrMnTi钢(转炉冶炼和电炉冶炼)进行对比试验。
5.2.1. 接触疲劳试验数据本试验采取2 × 108次定数截尾试验，相关钢号的接触疲劳对比试验数据结果见表2。
5.2.2. 数据处理结果经数据处理，得到对比材料的额定疲劳寿命L10、中值寿命L50及P-N曲线，具体结果见表3及图1和图2。
5.2.3. 试验结果分析讨论由接触疲劳试验结果可以看出，常规工业化生产的20CrMnTi钢，无论是转炉冶炼还是电炉冶炼，Table 2. Contact fatigue test data表2. 接触疲劳试验数据试样序号1 2 3 42号钢3号钢对比钢转炉对比钢电炉01 4,177,800 7,781,400 3,341,400 3,547,20002 15,953,400 128,489,400 7,088,400 4,942,80003 16,084,800 145,631,400 7,127,400 12,930,60004 106,603,200 200,000,000 7,771,200 13,534,80005 200,000,000 200,000,000 8,278,800 21,052,80006 200,000,000 200,000,000 9,301,800 22,557,00007 200,000,000 200,000,000 18,835,800 25,715,40008 200,000,000 200,000,000 20,435,400 41,566,20009 200,000,000 200,000,000 38,130,600 84,466,80010 200,000,000 200,000,000 86,065,800 200,000,000范黎明，裴建华Table 3. Contact fatigue life results表3. 接触疲劳寿命结果编号额定寿命L10 中值寿命L50斜率参数b ×107 对比×108 对比1 2号钢 1.10 4.55 2.10 13.73 0.642 3号钢 5.59 23.10 3.52 23.01 1.023 对比转炉0.242 1 0.153 1 1.024 对比电炉0.401 1.66 0.262 1.71 1.00Figure 1. P-N curves of contact fatigue life of test steel图1. 试验钢的接触疲劳寿命P-N曲线Figure 2. P-N curves of contact fatigue life of contrast steel图2. 对比钢的接触疲劳寿命P-N曲线其接触疲劳额定寿命L10在106的数量级，中值寿命L50在107的数量级；而降低钛含量的试验钢的接触疲劳额定寿命L10在107的数量级，中值寿命L50在108的数量级。
钢中钛含量降低后，接触疲劳寿命可得到显著的提高，大致可提高一个时间数量级[4]。
