專利名稱：齒輪用鋼及其熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金技術(shù)，尤其涉及一種齒輪用鋼及其熱處理方法。
背景技術(shù)：
汽車、摩托車齒輪主要安裝在變速箱、減速器和差速器中，承擔(dān)改變速度、輸出扭矩、驅(qū)動(dòng)汽車、摩托車行駛的任務(wù)。齒輪工作時(shí)，全部扭矩都作用在嚙合的輪齒上，齒輪承受很大的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力，而且是周期性地作用于每一個(gè)輪齒上，使其承受重復(fù)交變應(yīng)力的作用。齒輪在嚙合傳遞扭矩的過(guò)程中或在相對(duì)滾動(dòng)中也會(huì)發(fā)生相對(duì)的滑動(dòng)而產(chǎn)生摩擦。尤其是因路況、環(huán)境、車速等不同，汽車需要經(jīng)常換檔，使齒輪端部受到多次撞擊、過(guò)載和強(qiáng)烈沖擊的考驗(yàn)。研究表明齒輪用鋼淬透性的設(shè)計(jì)應(yīng)保證齒輪的熱處理變形小，以保證主動(dòng)齒與被動(dòng)齒之間正確的嚙合，如果鋼材的淬透性能不能保證齒輪在熱處理后的抗彎強(qiáng)度(或心部硬度)將會(huì)發(fā)生斷齒事故。所以齒輪用鋼應(yīng)具有較窄的淬透性帶。此外較高的奧氏體晶粒度級(jí)別可提高齒輪的抗疲勞性?，F(xiàn)有的20CrMoH鋼，執(zhí)行QJ/DT02. 3245-2008標(biāo)準(zhǔn)。其成分如表I所示。表I 20CrMoH鋼成分(余量為鐵)
C ( % )Si ( % )Mn (%)Cr( % )Mo (%)P ( % )S ( % )O ( PPm )0.17- 0.230.17- 0.370.55 0.900.85 1.350.15 0.35<0.030<0.030< 20按JIS G0551測(cè)定20CrMoH鋼奧氏體晶粒度彡5。將20CrMoH鋼用制成Cp25mm 的標(biāo)準(zhǔn)試樣，按GB/T225檢驗(yàn)鋼的淬透性，其淬透性見表2所示，淬透性帶寬為7HRC，其中 J15為距末端距離為15mm的淬透帶硬度值，單位為HRC。現(xiàn)有20CrMoH鋼成分控制散差大， 奧氏體晶粒度級(jí)別低、末端只檢測(cè)I點(diǎn)淬透性帶，且控制較寬。表2 20CrMoH鋼淬透性
熱處理方法(V)淬透性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(HRC)正火溫度端淬溫度J15925士10925士 528時(shí)間40-60min時(shí)間3 O士5min34隨著汽車和摩托車行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)齒輪用鋼的質(zhì)量要求越來(lái)越苛刻。如何調(diào)整鋼的元素成分，研制一種淬透性帶窄、且多點(diǎn)淬透性帶都得到控制、晶粒度級(jí)別高的齒輪用鋼是行業(yè)內(nèi)備受關(guān)注和亟待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供一種齒輪用鋼，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)淬透性帶窄、晶粒度級(jí)別高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供一種齒輪用鋼，具有以下成分
C0.19-0.21%;Si0.23-0.30%;Mn0.75-0.85%;Cr1.07-1.10%;Mo0.19-0.21%;Ni0.03-0.05%;Cu0.03-0.09%;P<0.020%;S0.012-0.020%;AL0.010-0.030%O<15PPm;N3 O-6 OPPm;余量為鐵及其他不可避免的元素。本發(fā)明中單位％均為質(zhì)量百分含量。齒輪用鋼的元素成分，不僅對(duì)齒輪心部性能(如淬透性)產(chǎn)生直接影響，同時(shí)又對(duì)滲層的性能產(chǎn)生直接(氣體含量及夾雜物級(jí)別)和間接(滲層碳濃度、內(nèi)氧化、淬火后顯微組織形態(tài))影響。淬透性是試樣在規(guī)定的工藝條件下淬火，可獲得的最高硬度值，是保證齒輪具有高強(qiáng)度(高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞壽命)和高耐磨性的基礎(chǔ)。即淬透性是試樣在規(guī)定的工藝條件下淬火，所能獲得的最大淬硬層的深度。滲碳鋼的淬透性主要取決于所含合金元素的類型和含量、同時(shí)還與滲層表面的含碳量和滲碳時(shí)發(fā)生內(nèi)氧化的程度有關(guān)。本發(fā)明齒輪用鋼包括成分配比為O. 19-0. 21%的碳，是低碳齒輪鋼。本發(fā)明齒輪用鋼中包括成分配比為 O. 75-0. 85 % 的 Mn、I. 03-1. 13 % 的 Cr,O. 03-0. 05 % 的 Ni 和 O. 03-0. 09 % 的 Cu,可保證齒輪用鋼的滲層表面淬硬性。相比現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明齒輪用鋼減少了對(duì)易發(fā)生內(nèi)氧化的元素Mn和Cr的添加量，并限定在一個(gè)窄范圍區(qū)間，避免輕度內(nèi)氧化發(fā)生對(duì)表層性能的形響， 淬透性由抗氧化元素的Ni和Cu元素彌補(bǔ)。鋼的淬透性要保證齒輪表面和心部淬火時(shí)不發(fā)生過(guò)冷奧氏體分解為合適，穩(wěn)定的成分控制范圍是保證淬火熱處理制度穩(wěn)定的關(guān)鍵，從而穩(wěn)定齒輪用鋼的產(chǎn)品質(zhì)量。齒輪心部合適的強(qiáng)度和韌性，既可以保證齒的整體強(qiáng)度和滲層的抗剝落能力，又可以具有足夠的抗沖擊脆力，防止齒的脆斷，在相同的淬火條件下，心部強(qiáng)度的高低還會(huì)影響齒輪表面殘余應(yīng)力的性質(zhì)(拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力)和大小，齒輪心部強(qiáng)度低時(shí)有利于形成表面殘余壓應(yīng)力和使其數(shù)值增大，從而有利于疲勞抗力的提高。滲碳鋼的心部強(qiáng)度和韌性， 在淬透的情況下主要取決于鋼的含碳量，當(dāng)鋼中碳的百分含量大于O. 25%時(shí)，塑性和韌性降低幅度加大，所以本發(fā)明齒輪用鋼中C含量設(shè)計(jì)成O. 19-0. 21%。為改善低碳齒輪鋼切削加工困難的問(wèn)題，本發(fā)明齒輪用鋼中還包括成分百分含量為O. 012-0. 020%的S。本發(fā)明齒輪用鋼中包括成分配比為O. 010-0. 030%的AL，可保證實(shí)現(xiàn)材料氧含量小于15PPm。本發(fā)明齒輪用鋼中包括成分配比為30-60PPm的N，可保證鋼中形成足夠細(xì)小彌散分布的難熔化合物-ALN細(xì)化晶粒，實(shí)現(xiàn)晶粒度級(jí)別大于6級(jí)。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種上述齒輪用鋼的熱處理方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，獲得需要的金相組織和較高的力學(xué)性能。本發(fā)明提供的一種上述齒輪用鋼的熱處理方法，包括以下步驟(I)、正火溫度925±5°C，保溫時(shí)間40_60min然后空冷至室溫；(2)、末端淬火溫度925±5°C，保溫時(shí)間30±5min，然后空冷至室溫。本發(fā)明的又一個(gè)方面是提供一種齒輪，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的一種齒輪，采用上述齒輪用鋼制備而成。本發(fā)明的又一個(gè)方面是提供一種上述齒輪用鋼的用途，用于鍛造汽車和摩托車齒輪。所述鍛造可采用常規(guī)鍛造方法。本發(fā)明一種齒輪用鋼及其熱處理方法的技術(shù)效果是I、淬透性帶窄，本發(fā)明通過(guò)降低易發(fā)生氧化的Mn和Cr含量，并通過(guò)抗氧化元素的Ni和Cu元素彌補(bǔ)淬透性，使齒輪用鋼的五點(diǎn)淬透性帶J3、J8、J13、J30、J40波動(dòng)小于 5HRC (其中Ji為距末端距離為imm的淬透帶硬度值，單位為HRC)；2、奧氏體晶粒度高，本發(fā)明包括重量配比為30-60PPm的N，使鋼中形成難熔化合物-ALN細(xì)化晶粒，實(shí)現(xiàn)晶粒度級(jí)別大于6級(jí)。
具體實(shí)施例方式對(duì)照例1-3表3對(duì)照例1-3成分(余量為鐵)
權(quán)利要求
1.一種齒輪用鋼，其特征在于，具有以下成分C0.19-0.21%;Si0.23-0.30%;Mn0.75-0.85%;Cr1.07-1.10%;Mo0.19-0.21%;Ni0.03-0.05%;Cu0.03-0.09%;P<0.020%;S0.012-0.020%;AL0.010-0.030%O<15PPm;N3 O-6 OPPm;余量為鐵及其他不可避免的元素。
2.—種權(quán)利要求I所述齒輪用鋼的熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、正火溫度925±5°C，保溫時(shí)間40-60min，然后空冷至室溫；(2)、末端淬火溫度925±5°C，保溫時(shí)間30±5min，然后空冷至室溫。
3.一種齒輪，其特征在于，采用權(quán)利要求I所述齒輪用鋼制備而成。
4.一種權(quán)利要求3所述齒輪的制備方法，其特征在于，包括將權(quán)利要求I所述的齒輪用鋼實(shí)施鍛造制成齒輪的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種齒輪用鋼及其熱處理方法，所述齒輪用鋼具有以下成分C0.19-0.21％；Si 0.23-0.30％；Mn 0.75-0.85％；Cr 1.07-1.10％；Mo 0.19-0.21％；Ni 0.03-0.05％；Cu 0.03-0.09％；P≤0.020％；S 0.012-0.020％；AL 0.010-0.030％；O≤15PPm；N 30-60PPm；余量為鐵及其他不可避免的元素。本發(fā)明成分科學(xué)、合理，解決了現(xiàn)有技術(shù)中技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了淬透性帶窄、奧氏體晶粒度級(jí)別高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C38/44GK102586694SQ20111041729
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者于平, 倪斌, 劉光輝, 孫啟, 張成連, 張曉軍, 徐詠梅, 李慶斌, 李殿生, 王秀蘭, 趙啟洲, 趙欣, 馬鋒 申請(qǐng)人:東北特殊鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司