淺述汽車滲碳齒輪鋼的性能

趙生蓮

摘 要： 本文從淬透性、純凈度、晶粒度、帶狀組織等方面介紹了汽車滲碳齒輪的性能，旨在對工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 淬透性 純凈度 晶粒度 帶狀組織 滲碳齒輪

輪是輪緣上有齒能連續(xù)嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械元件，能將一根軸的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給另一根軸，也可以實(shí)現(xiàn)減速、增速、變向和換向等動(dòng)作。汽車上要用到很多齒輪，如發(fā)動(dòng)機(jī)上的皮帶齒輪，變速箱內(nèi)的行車變速齒輪，差速器內(nèi)的齒輪，球籠上的齒輪，儀表里面的齒輪，玻璃升降機(jī)內(nèi)的齒輪，方向機(jī)內(nèi)的齒輪，座椅移動(dòng)的齒輪等，因此，齒輪對汽車來說是一個(gè)很重要的機(jī)械元件。

1.引言

齒輪的制造材料和熱處理過程對齒輪的承載能力和尺寸重量有很大影響。20世紀(jì)50年代前，齒輪多用碳鋼，60年代改用合金鋼，而70年代多用表面硬化鋼。按硬度，齒面可區(qū)分為軟齒面和硬齒面兩種。軟齒面的齒輪承載能力較低，但制造比較容易，跑合性好，多用于傳動(dòng)尺寸和重量無嚴(yán)格限制，以及小量生產(chǎn)的一般機(jī)械中。因?yàn)榕鋵X輪中，小輪負(fù)擔(dān)較重，所以為使大小齒輪工作壽命大致相等，小輪齒面硬度一般要比大輪高。硬齒面齒輪的承載能力強(qiáng)，它是在齒輪精切之后，再進(jìn)行淬火、表面淬火或滲碳淬火處理，以提高硬度。但在熱處理中，齒輪不可避免會(huì)產(chǎn)生變形，因此熱處理之后須進(jìn)行磨削、研磨或精切，以消除因變形產(chǎn)生的誤差，提高齒輪的精度。制造齒輪常用的鋼有調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼。鑄鋼的強(qiáng)度比鍛鋼稍低，常用于尺寸較大的齒輪；灰鑄鐵的機(jī)械性能較差，可用于輕載的開式齒輪傳動(dòng)中；球墨鑄鐵可部分代替鋼制造齒輪；塑料齒輪多用于輕載和要求噪聲低的地方，與其配對的齒輪一般用導(dǎo)熱性好的鋼齒輪。未來齒輪正向重載、高速、高精度和高效率等方向發(fā)展，并力求尺寸小、重量輕、壽命長和經(jīng)濟(jì)可靠。

2.汽車滲碳齒輪鋼的性能

滲碳鋼指經(jīng)過滲碳熱處理后使用的低碳合金鋼，主要用于沖擊條件下的零件。

汽車滲碳齒輪鋼主要是低碳合金鋼，其中Cr鋼、Mn鋼和Mo鋼用于次要和小尺寸齒輪，Cr-Mn鋼、Cr-Mo鋼、Cr-Ni鋼和Cr-Ni-Mo鋼用于較大尺寸的重要齒輪。

（1）淬透性

淬透性指在標(biāo)準(zhǔn)條件下，鋼在淬火冷卻時(shí)獲得馬氏體組織深度的能力，深度越大，鋼的淬透性越大。鋼的淬透性是汽車滲碳齒輪鋼的重要性能指標(biāo)之一，主要是保證不同大小齒輪的心部硬度，且有利于控制齒輪熱處理變形。淬透性的主要影響因素是鋼的含碳量及合金元素的含量?？梢酝ㄟ^控制鋼中對淬透性影響大的元素，如C、Mn、Mo、Ni等元素的含量得到一個(gè)合適的淬透性。目前對淬透性帶的控制：國際水平是4HRC～6HRC，國際先進(jìn)水平是不大于4HRC；國內(nèi)鋼廠普遍達(dá)到的水平是6HRC～8HRC，有些特鋼廠已達(dá)到4HRC～6HRC國際水平。

（2）純凈度

鋼中有害元素S、P、N、O、H等的存在，會(huì)在鋼中形成硫化物、氮化物、氧化物等，它們都會(huì)降低鋼的力學(xué)性能，特別是降低塑性、韌性及疲勞強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使鋼在熱加工和熱處理時(shí)產(chǎn)生裂紋，或使用時(shí)突然脆斷，非金屬夾雜物促使鋼形成熱加工纖維組織和帶狀組織，使材料具有各向異性，從而影響汽車滲碳齒輪的使用壽命。

生產(chǎn)實(shí)踐及試驗(yàn)表明，影響汽車滲碳齒輪鋼疲勞性能的關(guān)鍵因素在于鋼中的Al2O3氧化物夾雜的數(shù)量及尺寸。目前，國內(nèi)外對齒輪鋼氧含量的要求控制在20×10-6以下，國際先進(jìn)水平是齒輪鋼氧含量在12×10-6以下。

（3）晶粒度

對細(xì)晶粒金屬來說，不但強(qiáng)度、硬度高，而且塑性好。晶粒大小是汽車滲碳齒輪鋼的一項(xiàng)重要指標(biāo)，熱處理時(shí)，得到的奧氏體晶粒越細(xì)，淬火后得到的馬氏體晶粒越細(xì)，汽車齒輪的性能越好，特別是疲勞性能得到明顯改善。汽車滲碳齒輪鋼晶粒度要求≥6級(jí)，通常在冶煉時(shí)控制鋼中殘余Al含量達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。

目前國際上為獲得高溫（>930℃）滲碳齒輪，在鋼中有目的地加入合金元素Nb、V、Zr等強(qiáng)碳化物形成元素，在鋼中形成特殊碳化物，且這些元素能起到細(xì)化晶粒的作用，鋼的晶粒度≥8級(jí)。

（3）帶狀組織

帶狀組織是汽車滲碳鋼的組織缺陷。帶狀組織的存在使齒輪呈現(xiàn)各向異性，嚴(yán)重時(shí)橫向塑性僅為縱向的一半，并使沖擊韌度大為降低。并且會(huì)增加淬火的變形傾向，影響齒輪的尺寸精度。因此，汽車滲碳齒輪鋼的帶狀組織要求不大于3級(jí)。

3.結(jié)語

本文主要從淬透性、純凈度、晶粒度、帶狀組織等方面介紹汽車滲碳齒輪的性能，對工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)有一定的參考價(jià)值。

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