齒輪是汽車的重要零部件之一,起著傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的作用。汽車齒輪在工作時(shí),嚙合齒面之間既有滾動(dòng)又有滑動(dòng),輪齒根部還要承受脈沖或交變應(yīng)力的作用,極易產(chǎn)生齒面磨損、齒面磨點(diǎn)以及剝落和齒根斷裂等疲勞斷裂現(xiàn)象,影響齒輪的使用壽命。因此,要求齒輪鋼不僅具有良好的耐磨性、高的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度,而且還必須具有充分的韌性。
多年來,中國汽車用齒輪鋼一直以20CrMnTiH合金滲碳結(jié)構(gòu)鋼為主。但隨著重型汽車的發(fā)展,齒輪的尺寸和模數(shù)加大,20CrMnTi已經(jīng)不能滿足使用要求,各大鋼鐵企業(yè)和汽車公司相繼開發(fā)和引進(jìn)了各種類型的齒輪鋼。
為了提高齒輪鋼的淬透性,節(jié)約Cr資源,滿足重型汽車齒輪的要求,20世紀(jì)60年代,中國汽車工業(yè)大力進(jìn)行了B鋼的研究和應(yīng)用工作,用20MnVB、20Mn2TiB等鋼種來代替20CrMnTi制造汽車滲碳齒輪。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,對齒輪精度要求的不斷提高,B鋼的使用存在一些問題,主要是淬透性不穩(wěn)定,淬透性帶過寬,滲碳時(shí)容易出現(xiàn)混晶,淬火處理后變形大且沒有規(guī)律性,影響齒輪的加工、尺寸精度和使用壽命,所以在1980年前后很多汽車公司就停止使用B鋼生產(chǎn)齒輪。
近幾十年來,隨著改革開放和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要,中國引進(jìn)許多汽車齒輪生產(chǎn)線,為了適應(yīng)汽車齒輪國產(chǎn)化的需要,在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,分別從德、日、美、意等國家引進(jìn)了相應(yīng)的齒輪用鋼,中國引進(jìn)汽車用齒輪鋼的部分鋼號與引進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。中國已開發(fā)并能批量生產(chǎn)的新型齒輪鋼有多個(gè)系列。
表1 中國汽車用齒輪鋼的鋼號與引進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)
鋼 系 |
鋼 號 |
引進(jìn)標(biāo)準(zhǔn) |
Cr-Mo系 |
SCM420H、SCM822H |
日本JIS |
SAE8620H |
美國ASTM |
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Cr-Ni-Mo系 |
21NiCrMo5H |
意大利 |
20CrNi2MoH、ZF1A |
德國DIN |
|
Mn-Cr系 |
20MnCr5H、25MnCr5H、28MC5H |
德國DIN |
Mn-Cr-B系 |
ZF6、ZF7 |
德國DIN |
Mn-Cr-Ti系 |
19CN5 |
意大利 |
汽車用齒輪鋼的發(fā)展趨勢是:(1)齒輪的強(qiáng)度取決于化學(xué)成分和熱處理技術(shù)。因此,在設(shè)計(jì)齒輪鋼的成分時(shí),盡量降低Si的含量,適當(dāng)減少M(fèi)n、Cr元素,提高Ni、Mo的含量。為此,歐洲和日本充分利用微合金元素Nb、V、Zr等的作用,對原有鋼種進(jìn)行微合金化處理,并開發(fā)高鎳、高鉬高強(qiáng)度齒輪鋼。(2)汽車齒輪的產(chǎn)量很大,制造齒輪時(shí)需要進(jìn)行大量切削加工,為了提高切削效率,一些先進(jìn)的齒輪制造公司都裝備了高速程控機(jī)床。為適應(yīng)高速切削的發(fā)展,對齒輪材料的易切削性能提出了更高的要求,需要開發(fā)易切削汽車滲碳齒輪鋼。齒輪鋼中主要添加的易切削元素為S、Pb、Bi、Mg、Ca等。(3)為了降低切削加工費(fèi)用,提高生產(chǎn)率和材料利用率,發(fā)展了直接鍛出齒形的齒輪精密鍛造技術(shù)和冷鐓技術(shù)。因此需要開發(fā)精密鍛造和冷鐓汽車滲碳齒輪鋼。精密鍛造齒輪要求嚴(yán)格控制鋼的質(zhì)量:(a)鋼的內(nèi)在質(zhì)量,主要是鋼的純凈度、末端淬透性、晶粒度、帶狀組織等指標(biāo);(b)表面無缺陷、球化退火組織和適宜的硬度。(心遠(yuǎn))