用于高渗碳钢的材料及使用该材料制造齿轮的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于高渗碳钢的材料，其可以优化齿轮，以及使用该材料制造齿 轮的方法。
【背景技术】
[0002] 通常，当齿轮联锁时产生接触应力以在齿轮部件的表面上产生啮合等。因此，齿轮 部件的耐久性会降低，并会产生噪音。特别地，当随着齿轮被小型化或最小化使得施加于齿 轮的负载增加并且动力传动系统具有高输出时，上述问题变得严重。由于这类耐久性问题， 已经进行诸多尝试以增加耐久性，例如，改善钢的耐啮合性，进行碳氮共渗处理，或者加入 喷丸处理。但是，负载较重的齿轮还可能在耐久测试中产生问题。
[0003] 例如，当采用碳氮共渗处理时，耐啮合特性可以得以提高，但弯曲强度降低。而且， 当在制造过程中加上喷丸处理时，弯曲强度可以得以提高，但耐啮合特性降低。尽管高渗碳 法是本领域中同时提高耐啮合特性和弯曲强度的新方法，常规进行的高渗碳法不能应用于 齿轮的制造，因为较深的淬硬层深度（hardening-depth)、由于碳化物以网络/粗大的形式 形成而引起的脆性、以及在热处理过程中发生严重的热降解。
[0004] 近来，已经通过使用耐啮合性改善的钢材料或者通过改良的碳氮共渗加热方法来 制造传动齿轮。这种钢种由于硅（Si)和钼（Mo)的含量高而具有改善的高温耐软化性，并 且通过增加的铬（Cr)含量，其淬火特性得以改善。在一些情形中，改良的碳氮共渗方法已 通过增加残余奥氏体的量来用于增加耐啮合性，并已用于制造齿轮。常规的高渗碳法已用 于通过在表面上形成碳化物来增加耐磨性。但是，由于碳化物的尺寸大且淬硬层深度深，难 以应用于齿轮。而且，当使用这些高渗碳方法时，齿轮轮齿可能会严重变性，从而引发噪音 和耐久性问题。
[0005] 作为本发明相关技术而在以上提供的说明仅用于帮助理解本发明的背景，并且不 应该被本领域技术人员认为是包括在现有技术中。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种用于高渗碳钢的材料，这种材料可以优化齿轮，以及提供使用该 材料制造齿轮的方法。
[0007] 在根据本发明的一个示例性实施方式中，用于高渗碳钢的材料可以包括：约 0· 13 ~0· 3wt % 的碳（C)、约 0· 7 ~I. 3wt % 的娃（Si)、约 0· 3 ~Iwt % 的猛（Mn)、约 0· 02wt %或更少的磷（P)、约0· 03wt %或更少的硫（S)、约2. 2~3. Owt %的铬（Cr)、约 0· 2~0· 7wt %的钼（Mo)、约0· 3wt %或更少的铜（Cu)、约0· 03~0· 06wt %的铌（Nb)、约 0· 1~0· 3wt%的钒（V)、约0· 001~0· 003wt%的钛（Ti)以及余量的铁（Fe)和其他不可 避免的杂质。
[0008] 使用包括上述组成的该高渗碳钢材料制造齿轮的方法可以包括以下步骤：使用上 述高渗碳钢材料制造齿轮形状；在约900°C或更高的温度以及约I. 0或更高的碳势（CP)的 条件下加热制成的齿轮形状以使碳熔融；将齿轮形状强制冷却；对齿轮形状进行淬火；在 约800°C或更高的温度以及约1.0 或更高的CP的条件下加热齿轮形状以使碳熔融；将齿轮 形状强制冷却；以及对齿轮形状进行淬火。
[0009] 在第一碳固体熔融步骤中，可以在约920~960°C或更高的温度以及约1.0~1.3 的CP的条件下使齿轮形状熔融。在第一冷却步骤中，可以将齿轮形状强制冷却约5~15 分钟，至约820~850°C的温度。第一淬火步骤可以在约100~150°C的温度下在油中进 行。在第二固体熔融步骤中，可以在约840~880°C或更高的温度以及约I. 0~1. 3的CP 的条件下对齿轮形状进行加热以使碳熔融。在第二冷却步骤中，可以将齿轮形状强制冷却 约5~15分钟，至约800~840°C的温度。第二淬火步骤可以在约100~150°C的温度下 在油中进行。
【附图说明】
[0010] 现在将参考在附图中图示的示例性实施方式对本发明的以上和其它特征进行详 细说明，这些实施方式仅以示例说明的方式在下文给出，因此不是对本发明的限制，其中： [0011] 图1是示出根据本发明的一个示例性实施方式的使用用于高渗碳钢的材料制造 齿轮的方法的加热工序的示例图。
[0012] 应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现说明本发明的基本原理 的各种优选特征的一定程度的简化表示。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如， 具体尺寸、方向、位置和形状将部分取决于特定的既定用途和使用环境。
[0013] 在附图中，附图标记在附图的几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。
【具体实施方式】
[0014] 本文使用的术语仅为说明【具体实施方式】，而不是意在限制本发明。如本文所使用 的，单数形式"一个、一种、该"也意在包括复数形式，除非上下文中另外明确指明。还应当 理解的是，在说明书中使用的术语"包括、包含、含有"是指存在所述特征、整数、步骤、操作、 元素和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部 件和/或其群组。如本文所使用的，术语"和/或"包括一个或多个相关所列项的任何和所 有结合。
[0015] 除非特别指出或从上下文清晰得到，本文使用的术语"约"应理解为在本领域的正 常容忍范围内，例如在均值的2个标准差内。"约"可以理解为在所述值的10%、9%、8%、 7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0· 5%、(λ 1%、0· 05%或(λ 01% 内。除非另外从上下文清晰 得出，本文中提供的所有数值都被术语"约"修饰。
[0016] 在下文中，将参考附图对本发明的示例性实施方式加以详述。
[0017] 根据本发明的一个示例性实施方式的用于高渗碳钢的材料可以包括：约0. 13~ 0· 3wt %的C、约0· 7~I. 3wt %的Si、约0· 3~Iwt %的Mru约0· 02wt %或更少的Ρ、约 0. 03wt%或更少的S、约2. 2~3wt%的Cr、约0. 2~0. 7wt%的Mo、约0. 3wt%或更少的Cu、 约0· 03~0· 06wt%的Nb、约0· 1~0· 3wt%的V、约0· 001~0· 003wt%的Ti以及余量的 Fe和其他不可避免的杂质。
[0018] 在本发明的另一示例性实施方式中，使用包括上述组成的该高渗碳钢材料制造齿 轮的方法可以包括：制造具有上述高渗碳钢材料的组成的齿轮形状的步骤；在约900°C或 更高的温度以及约1. 〇或更高的CP的条件下加热制成的齿轮形状以使碳熔融的步骤；将齿 轮形状强制冷却的步骤；对齿轮形状进行淬火的步骤；在约800°C或更高的温度以及约1.0 或更高的CP的条件下加热齿轮形状以使碳熔融的步骤；将齿轮形状强制冷却的步骤；以及 对齿轮形状进行淬火的第二淬火步骤。
[0019] 具体地，在第一碳固体熔融步骤中，可以在约920~960°C或更高的温度以及约 I. 0~1. 3的CP的条件下使齿轮形状熔融。在第一冷却步骤中，可以将齿轮形状强制冷却约 5~15分钟，至约820~850°C的温度。第一淬火步骤可以在约100~150°C的温度下在油 中进行。此外，在第二固体熔融步骤中，可以在约840~880°C或更高的温度以及约I. 0~ 1. 3的CP的条件下对齿轮形状进行加热以使碳熔融。在第二冷却步骤中，可以将齿轮形状 强制冷却约5~15分钟，至约800~840°C的温度。第二淬火步骤可以在约100~150°C 的温度下在油中进行。
[0020] 在另一示例性实施方式中，本发明涉及用于高渗碳钢的材料和使用高渗碳热处理 制造齿轮的方法。具体地，在制造齿轮的方法中，棒钢可以进行热锻造（例如，落锻），并可 以将经锻造的产品冷却、正火或退火。当对经锻造的产品进行正火和退火时，通过将经锻 造的产品保持在AC3或更高的温度下并在之后进行空气冷却或炉冷，可以获得结构均化效 果。因此，硬度可以为约HV 150~250。可以根据部件所需的强度，选择性地进行热处理， 热处理的目的还在于使得结构均化、强度增加和可加工性提高。
[0021] 经热处理的部件可以通过抛光成型以符合齿轮形状，然后可以进行齿轮轮齿加 工，以制备齿轮形状。在传统的方法中，对齿轮形状进行渗碳热处理，有时对要求耐啮合性 的部件进行碳氮共渗处理。与此相反，本发明提供的方法通过高渗碳处理来提高耐久性，而 无需传统方法中的额外的碳氮共渗处理。
[0022] 根据一个示例性实施方式，本发明的材料可以具有以下组成。
[0023] 表 1
[0024]
【主权项】
1. 一种用于高渗碳钢的材料，其包含： 约0? 13~0? 30wt%的碳； 约0? 7~I. 3wt%的娃； 约0. 3~Iwt%的猛； 约0. 02wt%或更少的磷； 约0. 03wt%或更少的硫； 约2. 2~3.Owt%的铬； 约0? 2~0? 7wt%的钼； 约0? 3wt%或更少的铜； 约0? 03~0? 06wt%的铌； 约0? 1~0? 3wt%的隹凡； 约0? 001~0? 0030wt%的钛；以及 余量的铁和其他不可避免的杂质。
2. -种使用高渗碳钢材料制造齿轮的方法，其包括以下步骤： 使用高渗碳钢材料制造齿轮形状； 在约900°C或更高的温度和1.0或更高的碳势（CP)的条件下加热所制造的齿轮形状以 使碳熔融； 将所述齿轮形状强制冷却； 将所述齿轮形状进行淬火； 在约800°C或更高的温度和1.0或更高的碳势（CP)的条件下加热所述齿轮形状以使碳 熔融； 将所述齿轮形状强制冷却；以及 将所述齿轮形状进行淬火， 所述高渗碳钢材料包含约〇. 13~0. 30wt%的碳、约0. 7~I. 3wt%的娃、约0. 3~Iwt%的猛、约0. 02wt%或更少的磷、约0. 03wt%或更少的硫、约2. 2~3.Owt%的络、约 0? 2~0? 7wt%的钼、约0? 3wt%或更少的铜、约0? 03~0? 06wt%的铌、约0? 1~0? 3wt%的 钒、约0. 001~0. 0030wt%的钛以及余量的铁和其他不可避免的杂质。
3. 根据权利要求2所述的制造齿轮的方法，其中， 在第一碳固体熔融步骤中，在约920~960°C或更高的温度和约I. 0~1. 3的碳势（CP) 的条件下使所述齿轮形状熔融。
4. 根据权利要求2所述的制造齿轮的方法，其中， 在第一冷却步骤中，将所述齿轮形状强制冷却约5~15分钟，至约820~850 °C的温 度。
5. 根据权利要求2所述的制造齿轮的方法，其中， 第一淬火步骤在约100~150°C的温度在油中进行。
6. 根据权利要求2所述的制造齿轮的方法，其中， 在第二固体熔融步骤中，在约840~880°C或更高的温度和约I. 0~1. 3的碳势（CP) 的条件下加热所述齿轮形状以使碳熔融。
7. 根据权利要求2所述的制造齿轮的方法，其中， 在第二冷却步骤中，将所述齿轮形状强制冷却约5~15分钟，至约800~840 °C的温 度。
8.根据权利要求2所述的制造齿轮的方法，其中， 第二淬火步骤在约100~150°C的温度在油中进行。
【专利摘要】本发明提供一种用于高渗碳钢的材料以及使用该材料制造齿轮的方法。该材料包括约0.13～0.3wt％的C、0.7～1.3wt％的Si、约0.3～1wt％的Mn、约0.02wt％或更少的P、约0.03wt％或更少的S、约2.2～3.0wt％的Cr、约0.2～0.7wt％的Mo、约0.3wt％或更少的Cu、约0.03～0.06wt％的Nb、约0.1～0.3wt％的V、约0.001～0.003wt％的Ti、以及余量的Fe和其他不可避免的杂质。
【IPC分类】C21D1-18, C21D9-32, C22C38-28
【公开号】CN104726777
【申请号】CN201410717200
【发明人】朴栽弘, 辛政昊, 李云宰
【申请人】现代自动车株式会社, 世亚Besteel株式会社
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年12月1日
【公告号】US20150176100