[發明專利]一種薄壁內齒圈用含Ti滲碳鋼、其制造方法及薄壁內齒圈成型方法

有效

• 申請號: 202010890076.1
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111979494B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 皇百紅;陳鄖;劉昂;張宇;李劍平
• 申請（專利權）人: 東風商用車有限公司
• 主分類號: C22C38/04
• 分類號: C22C38/04;C22C38/60;C22C38/06;C22C38/02;C22C38/50;C22C38/48;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/46;C22C33/04;C23C8/22;C23C8/80;C21D1/18;B23P15/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍;張敏

本發明公開了一種薄壁內齒圈用含Ti滲碳鋼、其制造方法及薄壁內齒圈成型方法，該薄壁內齒圈用含Ti滲碳鋼的化學成分按質量百分數計如下：C 0.15～0.30％，Mn 0.90～1.40％，P≤0.035％，S 0.015～0.045％，Cr 0.90～1.40％，Al 0.015～0.035％，Si≤0.25％，Ti 0.010～0.030％，Nb 0.02～0.04％，O≤0.0015％，N 0.012～0.017％，Ni≤0.20％，Cu 0.10～0.20％，Mo≤0.06％，V≤0.04％，其余為Fe和不可避免的雜質。本發明的薄壁內齒圈不會引起局部淬透性下降，材料淬透性波動較小，后續熱處理零件變形均勻，能有效控制內薄壁齒圈的熱處理變形。

技術領域

本發明屬于冶金及內齒圈制造的技術領域，具體涉及一種薄壁內齒圈用含Ti滲碳鋼、其制造方法及薄壁內齒圈成型方法。

背景技術

國內重型變速箱多采用行星副箱結構，副箱內齒圈為薄壁環形零件，外徑ф277mm，壁厚22mm，寬度104mm，見圖2，要求圓度、錐度控制在0.10mm以內，齒向fHβ不大于50μm，滲碳熱處理變形大，采用國內廣泛應用Mn-Cr-Ti系列的滲碳鋼20CrMnTiH無法滿足要求。其中GB/T5216規定材料合金元素質量百分比(％)：C 0.17～0.22，Si≤0.37，Mn 1.10～1.40，Cr 1.00～1.30，Ti 0.04～0.10殘余元素:P≤0.035，S≤0.035，Cu≤0.25，Ni≤0.30，奧氏體晶粒度不小于5級。

中國齒輪專業協會制訂標準CGMA001-1中Mn-Cr-Ti系列滲碳鋼規定材料合金元素質量百分比(％)：C 0.17～0.23，Si≤0.12，Mn 1.10～1.50，Cr 1.00～1.30，Ti 0.04～0.10殘余元素:P≤0.030，S 0.02～0.35，Cu≤0.20，Ni≤0.30，奧氏體晶粒度不小于5級。由于鋼中Ti含量高，Ti極易和N形成高熔點大顆粒液析TiN，受到Ti加入工序、方式等因素影響，TiN容易形成帶狀偏聚，導致零件可靠性下降。奧氏體Ti極易和C形成TiC，導致局部奧氏體區域固溶碳原子減少，引起淬透性下降，這些顆粒作為奧氏體分解形核，降低奧氏體穩定性，加速奧氏體轉變，會降低淬透性，導致材料淬透性不均勻，零件熱處理變形增大，難以控制。

中國發明專利CN101275204A中公開一種Cr-Mn-Ti齒輪鋼及制備方法，其中合金元素：C 0.17～0.23，Si 0.17～0.37，Mn 0.8～1.15，Cr 1.00～1.35，Ti 0.01～0.0.38，氧含量≤20ppm，N含量30ppm～120ppm，降低了Ti含量，但是冶煉過程中沒有控制鋼水中TiN平衡濃度積，澆鑄過程中依然會生成液析TiN顆粒，影響材料可靠性。

國內對薄壁環形零件采用碾環成型，后續利用等溫正火或鍛造余熱等溫正火工藝。通過控制等溫正火工藝參數，使珠光體轉變在等溫溫度下進行，得到等軸均勻的珠光體+鐵素體，便于后續切削加工，減少熱處理變形。由于受到材料化學成分、冶金偏析、成型方式等因素的影響，鍛坯各部位形成的金相組織很難均勻一致，硬度散差大于HB10，使得零件在后續滲碳過程中熱處理變形難以控制。國內對于薄壁環形件采用連續爐滲碳+壓淬工藝，滲碳熱處理工藝擴散溫度870～890℃，碳勢控制0.85％，壓淬溫度在860℃，容易引起零件變形。

綜上所述，現有技術中薄壁內齒圈材料存在如下不足：(1)薄壁內齒圈材料中Ti含量高，導致材料淬透性波動大，并有大顆粒液析TiN。(2)鍛坯預處理采用等溫正火或鍛造余熱等溫正火工藝，鍛件各部位組織沒有達到均勻一致，硬度散差大于HB10。(3)薄壁環形件采用連續爐滲碳+壓淬工藝，滲碳熱處理擴散溫度和碳勢高，導致零件表面殘余奧氏體含量高，壓淬溫度高，引起熱處理變形大。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述背景技術存在的不足，提供一種薄壁內齒圈用含Ti滲碳鋼、其制造方法及薄壁內齒圈成型方法。