[發明專利]一種重載齒輪用合金鋼鍛圓及其制備方法

在審

• 申請號: 201811228500.5
• 申請日: 2018-10-20
• 公開（公告）號: CN109266979A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 徐國慶
• 申請（專利權）人: 江蘇鑄鴻鍛造有限公司
• 主分類號: C22C38/44
• 分類號: C22C38/44;C22C38/42;C22C38/46;C22C38/06;C22C38/02;C22C38/04;C22C33/06;C21C7/10;C21C7/06;B22D11/111
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本發明公開了一種重載齒輪用合金鋼鍛圓，解決了滲碳淬火的形變率大且力學性能弱的問題，涉及合金領域，主要按質量百分數計，包括C0.33～0.38％，Mn0.55～0.80％，Si0.15～0.35％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr1.50～1.70％，Ni1.50～1.70％，Mo0.23～0.30％，Al0.020～0.040％，Cu≤0.20％，V≤0.05％，余量為Fe及不可避免的雜質。其滲碳淬火的形變率小，且力學性能更強，適合生產齒輪使用，并且其制備方法較為簡便適合規模化生產。

技術領域

本發明涉及合金鋼領域，特別涉及一種重載齒輪用合金鋼鍛圓及其制備方法。

背景技術

隨著車輛發動機功率的提高，要求傳動系統能夠承受更高的載荷。同時，為提高功率密度，要求傳動系統體積減小，因而對齒輪的承載能力提出了更高的要求。為提高齒輪的承載能力，齒輪材料往往采用合金元素含量較高的重載齒輪鋼，如20Cr2Ni4和20CrNi2Mo等。然后，這些重載齒輪鋼都存在滲碳淬火變形大的缺點，結果往往導致齒輪后續加工難度大、加工后滲層厚度不均勻、尺寸精度難以保證、以及使用壽命短等問題。影響齒輪滲碳淬火變形的因素較多，其中以淬透性和晶粒度的影響較大。研究表明，降低淬透性和增加晶粒度級別都可以使齒輪滲碳淬火變形降低。不過，重載齒輪鋼必須具有一定的淬透性，才能保證大截面齒輪能夠淬透。因此，對滲碳淬火變形要求嚴格的重載齒輪鋼，有必要采用細化晶粒的方法。

對此，傳統采用的方法是控制Al和[N]的含量、或添加Ti和B等微合金化元素，這些方法冶煉工藝控制難度大、晶粒細化效果不穩定。

另一方面，晶粒細化又容易影響到合金的機械性能。例如，一些重載齒輪要求抗拉強度R_a高于1400MPa、沖擊功A_ku高于100J，同時還要求有較高的疲勞強度，包括齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度。因而，有必要研制出一種機械性能強，且滲碳淬火變形小的合金。

發明內容

本發明的目的是提供一種重載齒輪用合金鋼鍛圓，不僅滲碳淬火的形變率小，同時，又具有高抗拉強度和高沖擊功，有效地提高了齒輪的抗疲勞強度，并且其生產過程較為方便，適合規模化生產。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：一種重載齒輪用合金鋼鍛圓，按質量百分數計，包括C0.33～0.38％，Mn0.55～0.80％，Si0.15～0.35％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr1.50～1.70％，Ni1.50～1.70％，Mo0.23～0.30％，Al0.020～0.040％，Cu≤0.20％，V≤0.05％，余量為Fe及不可避免的雜質。

通過采用上述技術方案，首先Cr能夠有效地提高合金的淬透性，以獲得所需的強度。為確保大截面重載齒輪淬透，應不低于1.50％，但Cr含量超過1.70％時會惡化鋼的冷加工性能，因此，Cr含量應控制在Cr1.50～1.70％。

而Ni也有助于提高合金的淬透性和改善低溫韌性。低于1.50％時難以起到上述作用，但超過1.70％使會使滲碳層殘余奧氏體含量增加，惡化滲碳層性能。

另外，V以細小的碳化物形成存在時，能夠細化晶粒，從而減小變形和改善韌性；當其融入于合金之后，并以固體形式存在時，能夠有效提高淬透性及機械強度。

優選為，還包括Ce0.64～0.86％和Sn0.73～0.89％。

通過采用上述技術方案，鈰不僅能夠細化晶柱，增加塑性，改善加工性能，同時由于鈰擁有較強親錫能力，因而會優先與Sn化合，這些優先析出、分布均勻的化合物能夠成為進一步的非均質形核中心，使得合金的組織進一步的細化，同時也減少了合金中塊狀的Cu₆Sn₆化合物的數量，改善了合金的組織分布，從而使合金的力學性能得到提高。

優選為，還包括Ca1.3～1.5％和In0.8～1.2％。