常州精密钢管博客

特钢棒材应用--齿轮钢

齿轮钢是特殊钢,广泛应用于制造车辆齿轮、工业齿轮、齿轮装置等,有小至重量只有百万分之一克的医用齿轮(用于清扫脑梗塞患者的脑血管),有大到直径超过12米的水力发电机用齿轮。



齿轮钢的牌号及标准


为了满足齿轮表面高硬度、芯部高韧性要求,齿轮钢通常使用含C量0.15%~0.25%的低碳钢,便于表面渗碳或渗氮处理。


国内传统的齿轮钢牌号沿用前苏联标准,采用最多的是Mn系、Mn-Cr系,最具代表性的牌号是20CrMnTi、20CrMo。国家标准GB/T 5216-2014、GB/T 33160-2016、以及齿轮行业协会CGMA001-2004 ≤车辆齿轮用钢技术条件≥中规定了有关齿轮钢的技术要求,其中GB/T 33160主要针对风力发电用齿轮。


日本:按实际用途对齿轮钢进行了细分,主要由Cr系、Cr-Mo系、Ni-Cr-Mo系等组成,如Cr系(如SCr415)多数应用于小型车的变速箱齿轮;Cr-Mo系(如SCM420)应用于小型汽车后桥主、被动齿轮(其中Mo含量较高的SCM822用于中型汽车后桥主、被动齿轮);Ni-Cr-Mo系(如SNCM415)应用于高淬透性和要求芯部韧性较高的重型汽车。日本JIS G4052标准中规定了齿轮钢的主要技术要求。


美国:小型汽车变速箱以Mo钢4023为主,中型汽车变速箱齿轮及后桥主、被动齿轮以含Ni较低的钢种8260、8720为主,重型汽车以含Ni较高的4320和含Mo较高的8822为主,个别重型汽车采用含B 94B17。美国ASTM A304(美国材料与试验协会)和SAE  J1268(美国汽车工程师协会)标准中规定了有关齿轮钢的主要技术要求。


德国:主要由Mn-Cr系、Cr-Mo系、ZF系(加B的Mn-Cr系)、Cr-Ni-Mo系等,如用于斯太尔卡车的17CrNiMo6等。德国标准DIN EN 10084、DIN 17210中规定了有关齿轮钢的主要技术要求。


除公开的标准外,一些大企业都有自己内部齿轮钢标准,如德国大众、美国通用、日本丰田、德国ZF、美国EATON等。



齿轮钢质量控制技术


齿轮做为传动系统的重要零部件,要有良好的强韧性、长寿命、抗冲击、耐磨损等性能要求,还要变形小、精度高、噪音低。高质量的齿轮钢主要表现在五个方面:


末端淬透性带窄:淬透性宽度越窄,离散度愈小,愈有利于齿轮的加工及提高其啮合精度。


洁净度高:氧含量和夹杂物含量要低,减少疲劳损坏。日本提出的超高洁净度钢的氧含量已控制在5ppm以下,夹杂物最大尺寸不超过6um,总和不超过25um。


晶粒度:渗碳时间长,晶粒容易长大,易使渗碳变形不均匀,疲劳强度降低。日本特别强度渗碳齿轮钢的晶粒度应不粗于6级。


带状组织影响渗碳变形、渗层组织和硬度,一般要求小于3级,解决带状组织的根本在于减少成分的偏析及轧后适当的冷速匹配。在带状组织的控制方面,国内和日本、美国、德国生产的齿轮钢还有差距。


加工性和易切削性:在欧洲(德国)标准里,其硫含量一般规定在0.020%-0.035%区间,而不是原先概念中越低越好的思路,这些钢比国内GB/T 8731易切削钢标准里规定的要低的多。


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齿轮钢棒材生产流程


国内齿轮钢深层次流程主要有电炉流程和转炉流程,国内生产齿轮钢的生产企业主要有中信泰富(兴澄、大冶)、东北特钢、石钢、西宁特钢、莱钢、宝钢特钢等。


电炉流程:电炉(20t->100t)+炉外精炼[ LF+VD(RH)]+连铸(小方坯、大方坯、大圆坯)+轧制


转炉流程:转炉(高达300t)+炉外精炼[ LF+VD(RH)]+连铸(小方坯、大方坯、大圆坯)+轧制







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