專利名稱：：一種重載嚙合驅動橋齒輪用鋼的制作方法
技術領域：
：本發明涉及冶金
技術領域：
，屬于合金鋼類。特別是一種用于制造大模數重載荷車輛嚙合驅動橋齒輪的齒輪鋼。
背景技術：
：EQ2402(457)驅動橋用于14噸載重卡車，DA485沖焊驅動橋用于16噸載重卡車。這種車輛的驅動橋齒輪用來傳輸動力，驅動車輛前進；齒輪的模數大，承受的載荷大。這種齒輪要求具有很高的抗彎強度和很高的接觸疲勞強度，很高的嚙合精度。要滿足這些要求，必須對齒輪鋼材的淬透性，齒輪的滲碳層的淬透性進行合理設計。如果鋼材的淬透性能力過低，不能保證齒輪在熱處理后的抗彎強度(或心部硬度)將會發生斷齒事故。如果鋼材的淬透性能力過高，會造成齒輪的嚴重變形，破壞齒輪的嚙合精度。如果鋼材成份的設計使齒輪滲碳層的淬透性過低，將會出現非馬氏體組織，例如黑色托氏體網，齒面會出現麻點，齒面剝落。如果鋼材成份的設計使齒輪滲碳層的淬透性過高，殘余奧氏體超過標準要求，齒面同樣會出現麻點，齒面剝落。如果齒輪滲碳淬火之后變形大，主、被動輪的齒面嚙合不好，不僅噪音超過標準要求，齒輪的使用壽命也低。與變速箱齒輪相比，重載驅動橋齒輪對鋼材的要求要高的多，齒輪的制造工藝也要復雜的多。目前國內夕卜14噸以上的重載車驅動橋齒輪，應用最廣泛的齒輪鋼的化學成份如表1所列。表l:目前國內外重載工程用車后橋齒輪用鋼化學成分:<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>目前國內外已有的，用于制造大模數重型載重卡車驅動橋齒輪的鋼種，在熱處理變形、抗彎強度、滲層淬透性等方面都能滿足使用要求。存在的問題是齒輪的滲碳熱處理工藝非常復雜，周期太長，生產效率低，制造成本高。采用的工藝是高溫滲碳-空冷-高溫回火-空冷-低溫淬火-低溫回火。工藝如此復雜的原因如下l.鋼的晶粒長大傾向大用于制造重型卡車后橋(驅動橋)齒輪的鋼材，制成齒輪毛坯之后，要在高溫(920°C)下長時間滲碳。由于現有鋼種的晶粒長大傾向大，常出現晶粒粗大，進行金相檢驗，馬氐體針超過標準要求。這樣的組織會大大降低齒輪的接觸疲勞壽命，出現麻點、剝落。為了避免產生這樣的問題，國際上普遍采用滲碳后將齒輪冷到室溫(或臨界相變溫度之下)，再重新加熱到淬火溫度(820°C),保溫后淬火。利用二次重結晶的原理避免粗大晶粒的形成。2.齒輪滲碳層的殘余奧氏體含量太高普通的齒輪，滲碳后都采用直接淬火工藝高溫滲石友-淬火-低溫回火；熱處理后齒4侖滲碳層的殘余奧氏體不超過3級。但是表l中顯示的，國內外常用的重載齒輪用鋼，制造的重載嚙合驅動橋齒輪采用直接淬火工藝后，齒輪滲碳層殘余奧氏體嚴重超過標準要求，高達68級。齒輪表面的石更度只有50-55HRC;達不到60HRC以上的要求。這樣的齒輪接觸疲勞壽命很低，會出現不耐磨、齒面剝落、掉塊等早期損壞問題，。只能釆用高溫滲碳-空冷-高溫回火-空冷-低溫淬火-低溫回火工藝，齒輪滲碳層的殘余奧氏體才能降低到3級。二次加熱淬火工藝可以有效的解決晶粒粗大、殘余奧氏體超標問題。但是二次加熱容易造成齒面的二次氧化，產生表面脫碳和沿晶界形成黑色托氏體網。從而降低齒輪的接觸疲勞強度，另一方面二次加熱工藝生產周期長，制造成本高。為解決上述問題，專利號為ZL200510018605.4的發明提供了一種17Cr2Mn2TiH重載驅動橋齒輪用鋼，當該專利用于代替日本的SCM822H、美國的22Cr腿oH、20Ni4MoH、歐洲的21NiCrMo5H鋼,制造模數11.13的8噸載重車驅動橋齒輪，可以采用齒輪滲碳后直接淬火工藝；但用于模數12~14,載重14~16噸車的驅動橋齒輪，鋼的總合金量達到3.12~3.32%時，不能釆用滲碳后直接淬火工藝。這是因為，當齒輪鋼的合金總量(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)(%重量)為2.85~3.12%、碳含量達到0.17~0.20%時,能滿足模數為11.13的重載驅動橋齒輪抗彎強度需要，總合金含量不高，齒輪滲碳層的淬透性適中，齒輪滲碳后釆用直接淬火工藝，殘余奧氏體3級。當該專利鋼用于大模數驅動橋齒輪制造，鋼的總合金量達到3.19-3.32%、碳含量達到0.17~0.20%時，才能滿足大模數重載嚙合驅動橋齒輪抗彎強度的要求。但是，鋼中總合金量高，導致齒輪滲碳層的淬透性過高；造成了殘余奧氏體嚴重超過標準要求，事實上，該專利中的實施例4,其中的殘余奧氏體難于達到2~3級水平。專利ZL200510018605.4:技術方案，只是考慮到滿足齒輪的抗彎強度、齒輪滲碳層淬透性的下限要求；而忽視了齒輪滲碳層淬透性的上限要求。〇
發明內容本發明的目的是要解決目前常用齒l侖鋼制造重載嚙合驅動橋齒輪，滲石友熱處理周期長，制造成本過高；而ZL200510018605.4專利方案只能適用小模數重載嚙合驅動橋齒輪用鋼的問題，提供一種不含Mo^Ni稀缺貴重元素，齒輪滲碳后能直接淬火，能縮短生產周期，適用于制造大模數重載嚙合驅動橋齒輪的一種重載嚙合驅動橋齒輪用鋼。本發明技術方案其特征是化學成分重量百分比為C0.21—0.25Mn1.2—1.60P￡0.03S0.015—0.04Crl.30—1.80Mo$0.05Ti0.04—0.10OS20PPm余量為Fe和其他雜質。本發明中，對用于模數為12~14的重載驅動橋主動齒輪用鋼，當C含量一定時，相應Mn,Cr,Mo,W及Ni的含量須按下列要求控制成份C(%重量)(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)(%重量)0.213.04±0.030.222.99±0.030.232.93士0.030.242.85±0.030.252.79±0.03需要說明的是Mo,W,Ni均為鋼中殘余元素。當殘余元素含量不為零時，應當從Mn、Cr含量中扣除殘余元素的含量。目的是精確控制鋼的淬透性。本技術方案將該專利鋼提出的合金總量3.19~3.32%降低到2.79~3.04%,能克月良專利ZL2005100186054提供的17Cr2Mn2TiH鋼齒輪殘余奧氏體含量過高問題；齒輪滲碳后直接淬火，滲碳層中的殘余奧氏體3級；齒輪表面硬度不低于60HRC,具有4艮高的耐磨性，接觸疲勞壽命高。但是，鋼的合金總量降低，鋼的含碳量仍維持0.14~0.20%，會導致鋼的淬透性降低，降低大模數齒輪的抗彎曲疲勞強度。為解決這個問題，本技術方案將鋼的含碳量從專利ZL200510018605.4提供0.14~0.20%,提高到0.21~0.25%;使鋼的淬透性與國內外常用的大模數驅動橋齒輪用鋼和專利提出的17Cr2Mn2TiH鋼，具有相同的水平，如表2所示。因此，按本技術方案生產的齒輪鋼，制造大模數驅動橋齒輪，既能防止齒輪滲碳后直接淬火時，齒輪滲碳層殘余奧氏體超過標準；又能保證齒輪有高抗彎曲疲勞強度。本發明技術方案的特點在于1.本發明鋼中含有0.040.10%的Ti元素，當鋼中的Ti含量超過0.04%以后，鋼的奧氏體晶粒在IOO(TC長時間保溫，仍能保持78級的細晶粒。因此，本發明鋼在920。C長時間滲碳過程中，晶粒不會粗化。能夠適應滲碳后直接淬火。表2:重載齒輪用鋼的淬透性<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>2.本發明鋼中Si含量^).120/。，比目前常用的重載齒輪鋼中的Si含量低。這可大大減輕齒輪在滲碳過程中的內氧化，避免非馬氏組織沿晶界形成黑網。提高齒輪的接觸疲勞壽命。3.本發明鋼用于大模數驅動橋齒輪制造，能采用滲碳后直接淬火工藝按本技術方案生產的齒輪鋼，制造大模數嚙合驅動橋齒輪，齒輪滲碳后既能采用直接淬火工藝，又能保證齒輪有高抗彎曲疲勞強度，高接觸疲勞壽命。4.本發明提出的齒輪鋼的化學成分不含貴重、價高的Ni、Mo合金元素，鋼材的采購成本可降低36~70%;與專利ZL200510018605.4提供的17Cr2Mn2TiH鋼相比，本技術方案提供的齒輪鋼，特別適用于大模數嚙合驅動橋齒輪，采用滲碳后直接淬火工藝，降低齒輪熱處理成本25%以上。齒輪生產周期縮短，提高了生產效率。卿附圖是齒輪的滲碳淬火工藝圖。(E)具體實施例方式實施例1:EQ2402(457)14噸載重卡車后橋齒輪(其模數為12.357)的制造(1)齒輪鋼成份(重量％):(采用通用技術煉鋼)C0.21,Mnl.20,Si0.08,Cr1.80,Ti0.07,P0.029,S0.02,Ni0.04,Mo0.01,W0.01,015PPm,余為Fe和其它雜質。淬透性檢驗J15=40.5HRCJ25=37.0HRC[Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni]=3.03(2)EQ2402(457)噸車后橋主動齒輪熱處理工藝齒輪毛坯的等溫正火工藝加熱溫度900°C,等溫溫度630°C,風冷時間3分。齒輪的滲碳淬火工藝參見附圖。淬火油溫80°C回火溫度180°C每料盤周期60分，距齒表面O.lmm處最大C濃度0.70%(3)齒輪毛坯的正火硬度HB175,冷加工表面光潔度高，斷屑性好。OOEQ2402(457)噸載重車后橋主動齒輪成品<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>齒輪的不平度，橢園度，主被動齒嚙合區均符合要求。臺架壽命輸出扭距45000N""M,疲勞壽命標準為^50萬次，實際壽命為85萬次。實施例2:EQ2402(457)載重工程車(14噸)后橋主動齒輪的制造(l)齒輪鋼成分(重量％):(采用通用技術煉鋼)C0.22,Mn1.40,Si0.10,Cr1.55,Ti0.09,P0.011,S0.03,Ni0.04,Mo0.01,W0.01,O20PPm,余為Fe和其它雜質。[Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni]=2.98鋼材淬透性J15=40HRCJ25=37.0HRCU)EQ2402(457)載重工程車后橋主動齒熱處理工藝齒輪毛坯的正火工藝加熱溫度900°C,等溫溫度630°C,風冷時間3分。齒輪的滲碳淬火工藝參見附圖。淬火油溫80°C回火溫度180°C每料盤周期60分；距齒表面0.1mm處最大C濃度0.7%(3)齒輪毛坯的正火硬度HB170,冷加工表面光潔度高,斷屑性好<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>齒輪的不平度，橢園度，主被動齒嚙合區均符合要求，臺架壽命輸出扭距45000N""M,疲勞壽命標準為^50萬次，實際壽命為80萬次。實施例3:DA485沖焊驅動橋16噸載重卡車后橋齒輪(其模數為13.25)的制造(1)齒輪鋼成分(重量％):(采用通用技術煉鋼)C0.23,Mnl.34，Si0.10,Crl.55,Ti0.04,P0.02,S0.03,NiO.04,Mo0.02,W0.01,OlOPPm,余為Fe和其它雜質。[Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni]=2.93鋼材的淬透性檢驗J15=40.5HRCJ25=37.5HRCU)DA485沖焊驅動橋16噸車后橋主動齒輪熱處理工藝齒輪毛坯的等溫正火工藝加熱溫度900°C，等溫溫度630°C,風冷時間3分。齒輪的滲碳淬火工藝參見附圖。淬火油溫80°C回火溫度180°C每料盤周期60分；距齒表面O.lmm處最大C濃度0.80%。(3)齒輪毛坯的正火硬度HB165,冷加工表面光潔度高,斷屑性好。(4)DA485沖焊驅動橋16噸噸載重卡車后橋主動齒輪成品每料盤周期60分；距齒表面O.lmm處最大C濃度0.73%。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>齒輪的不平度，橢園度，主被動齒嚙合區均符合要求，臺架壽命輸出扭距45000N~~M,疲勞壽命20萬次。符合4萬次的標準要求。實施例4:EQ2402(457)載重工程車后橋主動齒輪的制造(1)齒輪鋼成分(重量％):(采用通用技術煉鋼)C0.25,Mnl.28,Cr1.47,Ti0.08,O8PPm,Ni0.05,Mo0.02,W0.01,Si0.07,P0.011,S0.025。余為Fe和其它雜質。[Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni]=2.79鋼材淬透性檢驗J15=41.5HRCJ25=37.5HRCU)EQ2402(457)載重工程車后橋主動齒熱處理工藝齒輪毛坯的等溫正火工藝加熱溫度900°C,等溫溫度630°C,風冷時間3分。齒輪的滲碳淬火工藝參見附圖。淬火油溫80°C回火溫度190°C每料盤周期60分；距齒表面0.1mm處最大C濃度0.73%。(3)齒輪毛坯的正火硬度HB173,冷加工表面光潔度高,斷屑性好。(4)EQ2402(457)載重工程車后橋主動齒輪成品<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>齒輪的不平度，橢園度，主被動齒嚙合區均符合要求。臺架壽命輸出扭距45000N—M,疲勞壽命標準為^50萬次，實際壽命為85萬次。實施例5:DA485沖焊驅動橋16噸載重卡車后橋齒輪的制造(1)齒輪鋼成分(重量％):(采用通用技術煉鋼)C0.23,Mnl.30,Si0.08,Cr1.59,TiO.lO,PO.Ol,S0.02,Ni0.04，Mo0.01，W0.02,012PPm。余為Fe和其它雜質。[Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni]=2.93鋼材的淬透性檢驗J15=41.0HRCJ25=37.5HRC(2)后橋主動齒輪熱處理工藝齒專侖毛坯的等溫正火工藝加熱溫度900°C,等溫溫度630°C，風冷時間3分。齒輪的滲碳淬火回火工藝參見附圖。淬火油溫80°C回火溫度180°C每料盤周期60分；距齒表面0.1mm處最大C濃度0.80%。(3)齒輪毛坯的正火硬度HB165,冷加工表面光潔度高,斷屑性好。(4)載重卡車后橋主動齒輪成品每料盤周期60分；距齒表面0.1mm處最大C濃度0.73%。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>齒輪的不平度，橢園度，主被動齒嚙合區均符合要求，臺架壽命輸出扭距45000N—M,疲勞壽命15萬次。符合4萬次的標準要求。實施例6:EQ2402(457)載重工程車(14噸)后橋主動齒輪的制造(l)齒輪鋼成分(重量％):(采用通用技術煉鋼)C0.22,Mnl.60,Si0.10,Cr1.39,Ti0.07,P0.011,S0.03,Ni0.04,MoO.Ol,W0.01,018PPm。余為Fe和其它雜質。[Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni]=3.02鋼材淬透性J15=40HRCJ25=37.0HRC(2)EQ2402(457)載重工程車后橋主動齒熱處理工藝齒輪毛坯的正火工藝加熱溫度900°C,等溫溫度630°C,風冷時間3分。齒輪的滲碳淬火工藝參見附圖。淬火油溫80°C回火溫度180°C每料盤周期60分；距齒表面O.lmm處最大C濃度0.7%。(3)齒輪毛坯的正火硬度HB170,冷加工表面光潔度高，斷屑性好。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>齒輪的不平度，橢園度，主被動齒嚙合區均符合要求，臺架壽命輸出扭距45000N—M,疲勞壽命標準為^50萬次，實際壽命為80萬次。權利要求1.一種重載嚙合驅動橋齒輪用鋼，其特征是其化學成分重量百分比為C0.21～0.25Mn1.2～1.60Si≤0.12P≤0.03S0.015～0.04Cr1.30～1.80Mo≤0.05Ti0.04～0.10O≤20PPm余量為Fe和其他雜質。2.根據權利要求1所述的一種重載嚙合驅動橋齒輪用鋼，其特征是在煉鋼時，當C含量一定時，相應Mn，Cr,Mo,W及Ni的含量按下列要求控制成分C(%重量)(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)(%重量)`0.213.04±0.03`0.222.99±0.03`0.232.93±0.03`0.242.85±0.03`0.252.79±0.0全文摘要本發明是一種重載嚙合驅動橋齒輪鋼，其化學成分重量百分比為C0.21～0.25，Mn1.2～1.60，Si≤0.12，P≤0.03，S0.015～0.04，Cr1.30～1.80，Mo≤0.05，Ti0.04～0.10，O≤20PPm，余量為Fe和其它雜質；本發明由于不加Ni，Mo貴重元素，使其制造成本降低了30％以上，其熱處理工序簡化，生產效率提高，可減小齒輪熱處理之后的翹曲變形，橢圓度超標，齒面嚙合不好等問題，特別適用于制造大模數重載嚙合驅動橋齒輪。文檔編號C22C38/38GK101638751SQ20081004867公開日2010年2月3日申請日期2008年7月31日優先權日2008年7月31日發明者常曙光申請人:常曙光