齿轮钢的市场应用、合金种类及生产标准 (2)

日期: 2022-04-25  来源:  点击数:  



3、晶粒度


晶粒尺寸大小是齿轮钢的又一项重要指标,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。因为粗粒的晶粒使渗层碳浓度相对增高,导致脆性增加,使弯曲强度下降,齿面容易剥落。如果出现混晶,有可能使齿牙之间的热处理变形失去规则而无法配对。晶粒细化主要通过添加一定量的细化晶粒元素如Al、Ti、Nb等来达到。


现在比较一致的看法是:控制Al含量为0.020%~0.055%,同时,配以一定的氮含量0.010%-0.018%,使之形成AIN起钉扎作用,可阻止晶粒长大。


4、加工性和易切削性


随着齿轮加工线的自动化,为了不断提高生产效率,许多国家正在研究使用易切削的齿轮钢。在法国和德国标准中,有许多硫有下限要求的钢号,其硫含量一般只0.020%~0.035%,而不是原先概念中硫越低越好的思路。这些钢比我国国标GB731-88易切削结构钢技术条件中的硫含量(最低的S=0.040%~0.080%,最高的S=0.23%~0.33%)低得多。显然仅按常规的冶炼方法来提高易切削性仍是比较困难的,需要通过合适的冶炼工艺以改善硫化物的形状及其分布状态来达到。另外,通过钢材锻轧后的空冷处理,防止粒状贝氏体的出现,改善金相组织,也是提高切削性能的有效途径。


5、带状组织


钢在凝固过程中由于选分结晶的作用,在钢坯凝固横向及纵向上都会造成成分的不均匀性,在轧制后的冷却过程中由于成分偏析会形成组织(铁素体与珠光体)的层状分布即带状组织,严重的带状组织在齿轮热处理后不但增加变形,而且齿轮在渗碳处理后使齿高各部位的显微硬度造成差异,影响齿轮的疲劳寿命。


钢种的不同,带状组织的级别的严重程度不同,Cr-Mo、Cr-Ni-Mo钢带状组织较其它钢种严重。由于带状组织不易消除,齿轮厂一般要求带状组织小于3级。模铸材由于等轴晶区比连铸材大,其成分的均匀性较连铸材好,带状组织较轻,只要控制好浇注温度及速度,大部分炉号能满足小于3级的要求。而连铸材达到该要求相对要难的多。解决带状组织的根本在于减少成分的偏析,再加上与轧后适当的冷速相结合。


6、表面质量


齿轮钢都是热顶锻用钢,对钢材的表面质量要求很严,无论是GB/T3077-1999,还是新近由中国齿轮专业协会制定的《车辆用齿轮钢技术条件》,都对此有较严格要求。我国齿轮钢目前的表面质量同国外先进水平相比,还有很大差距。


7、其它方面


因为Si在渗碳层中最易导致内氧化形成“黑色网状组织”缺陷,使疲劳寿命急剧降低。因此渗碳齿轮钢有降低钢中[Si]含量的趋势(Si≤0.12%),同时也加快了齿轮的渗碳速度。Ti在钢中与N、C生成尖、棱角且非常硬的Ti(C、N)化合物,轧制时不变形并在其与基体之间造成裂纹。因此对齿轮的疲劳寿命影响较大,所以齿轮钢不宜加较多的Ti细化晶粒或防止混晶,推荐采用A1或加少量Nb细化晶粒。


四、目前齿轮钢的生产标准


1、各国汽车用钢的国家标准及质量要求


汽车用齿轮钢都为保淬透性结构钢,目前中国的保淬性用钢标准与ISO、DIN标准相近,都有宽带与窄带之分,中国的保淬透性用钢标准还略严于其它国家的标准。下表统计了部分代表性的齿轮钢标准。


 表1.典型汽车厂齿轮钢的内部标准及用途



2、汽车齿轮行业标准及国内外主要齿轮企业要求齿轮钢的标准与质量要求


GB/T5216及国外的保淬透性用钢等基础性标准,对钢中氧含量不要求且淬透性带较宽,不能较好的满足齿轮行业对齿轮加工的要求,2004年齿轮行业协会公布了CGMA001-1:2004《车辆齿轮用钢技术条件》和CGMA00-2:2004《车辆齿轮用钢市场准入条件》,在这两个标准中,明确了汽车齿轮钢的氧含量应≤20ppm,钢中非金属夹杂物应满足:A类细系≤2.5级,粗系:≤2.5级;B类细系≤2.5级,粗系:≤2.5级:C类细系:≤2.0级,粗系≤2.0级;D类细系:≤2.5级,粗系:≤2.5级。晶粒度应≤5级。中国目前齿轮钢的生产水平已达到国外先进的水平,但比起日本、德国、美国生产的齿轮钢还有一些差距特别是在带状组织的控制上。


五、我国齿轮钢的发展趋势


由于引进车型增多,目前我国汽车齿轮钢已发展成Cr-Mn-Ti及Cr-Mo、Cr-Ni-Mo、Mn-Cr、Cr-Mn-B并存的状态,质量要求也与国外汽车厂基本相同,随着国内特钢精炼、真空脱气、连铸水平的提高,汽车用齿轮钢在淬透8带的控制、氧含量、晶粒度、非金属夹杂物、带状组织等方面已基本达到国外先进水平。


有些特钢企业为进一步巩固齿轮钢的市场领先和优势地位,全面推进齿轮钢升级工作,促进高精尖新产品开发和产品向高端市场的快速拓展,很多齿轮钢新产品走上行业高端用户的产品使用序列。如20CrMnTiSH3首次应用于轿车发动机,该特钢企业还重点开发低钛、Mn-Cr系列齿轮钢等升级换代产品,加大高附加值齿轮钢的工艺技术改进和质量升级,提升产品规模化效益。该产品已经打入中国一汽、二汽、重汽和天津天海同步器等国内大型企业,产品领域不断拓宽。扩展《中国齿轮钢、轴承钢、弹簧钢生产现状及未来发展方向


由此,齿轮钢的技术发展方向应是:降低渗碳层表面氧化倾向大的合金元素含量,添加氧化倾向小的合金元素;控制齿轮钢中的残余奥氏体量;减少晶界偏析元素的含量;开发和应用喷丸表面强化技术,增加表面的残余应力;研究和开发的新型齿轮钢必须满足高强度、经济性、生产性等多种要求;由于制造齿轮时需进行大量的切削加工,还需要开发易切削齿轮钢。


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