专利名称：：一种重载啮合驱动桥齿轮用钢的制作方法
技术领域：
：本发明涉及冶金
技术领域：
，属于合金钢类。特别是一种用于制造大模数重载荷车辆啮合驱动桥齿轮的齿轮钢。
背景技术：
：EQ2402(457)驱动桥用于14吨载重卡车，DA485冲焊驱动桥用于16吨载重卡车。这种车辆的驱动桥齿轮用来传输动力，驱动车辆前进；齿轮的模数大，承受的载荷大。这种齿轮要求具有很高的抗弯强度和很高的接触疲劳强度，很高的啮合精度。要满足这些要求，必须对齿轮钢材的淬透性，齿轮的渗碳层的淬透性进行合理设计。如果钢材的淬透性能力过低，不能保证齿轮在热处理后的抗弯强度(或心部硬度)将会发生断齿事故。如果钢材的淬透性能力过高，会造成齿轮的严重变形，破坏齿轮的啮合精度。如果钢材成份的设计使齿轮渗碳层的淬透性过低，将会出现非马氏体组织，例如黑色托氏体网，齿面会出现麻点，齿面剥落。如果钢材成份的设计使齿轮渗碳层的淬透性过高，残余奥氏体超过标准要求，齿面同样会出现麻点，齿面剥落。如果齿轮渗碳淬火之后变形大，主、被动轮的齿面啮合不好，不仅噪音超过标准要求，齿轮的使用寿命也低。与变速箱齿轮相比，重载驱动桥齿轮对钢材的要求要高的多，齿轮的制造工艺也要复杂的多。目前国内夕卜14吨以上的重载车驱动桥齿轮，应用最广泛的齿轮钢的化学成份如表1所列。表l:目前国内外重载工程用车后桥齿轮用钢化学成分:<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>目前国内外已有的，用于制造大模数重型载重卡车驱动桥齿轮的钢种，在热处理变形、抗弯强度、渗层淬透性等方面都能满足使用要求。存在的问题是齿轮的渗碳热处理工艺非常复杂，周期太长，生产效率低，制造成本高。采用的工艺是高温渗碳-空冷-高温回火-空冷-低温淬火-低温回火。工艺如此复杂的原因如下l.钢的晶粒长大倾向大用于制造重型卡车后桥(驱动桥)齿轮的钢材，制成齿轮毛坯之后，要在高温(920°C)下长时间渗碳。由于现有钢种的晶粒长大倾向大，常出现晶粒粗大，进行金相检验，马氐体针超过标准要求。这样的组织会大大降低齿轮的接触疲劳寿命，出现麻点、剥落。为了避免产生这样的问题，国际上普遍采用渗碳后将齿轮冷到室温(或临界相变温度之下)，再重新加热到淬火温度(820°C),保温后淬火。利用二次重结晶的原理避免粗大晶粒的形成。2.齿轮渗碳层的残余奥氏体含量太高普通的齿轮，渗碳后都采用直接淬火工艺高温渗石友-淬火-低温回火；热处理后齿4仑渗碳层的残余奥氏体不超过3级。但是表l中显示的，国内外常用的重载齿轮用钢，制造的重载啮合驱动桥齿轮采用直接淬火工艺后，齿轮渗碳层残余奥氏体严重超过标准要求，高达68级。齿轮表面的石更度只有50-55HRC;达不到60HRC以上的要求。这样的齿轮接触疲劳寿命很低，会出现不耐磨、齿面剥落、掉块等早期损坏问题，。只能釆用高温渗碳-空冷-高温回火-空冷-低温淬火-低温回火工艺，齿轮渗碳层的残余奥氏体才能降低到3级。二次加热淬火工艺可以有效的解决晶粒粗大、残余奥氏体超标问题。但是二次加热容易造成齿面的二次氧化，产生表面脱碳和沿晶界形成黑色托氏体网。从而降低齿轮的接触疲劳强度，另一方面二次加热工艺生产周期长，制造成本高。为解决上述问题，专利号为ZL200510018605.4的发明提供了一种17Cr2Mn2TiH重载驱动桥齿轮用钢，当该专利用于代替日本的SCM822H、美国的22Cr腿oH、20Ni4MoH、欧洲的21NiCrMo5H钢,制造模数11.13的8吨载重车驱动桥齿轮，可以采用齿轮渗碳后直接淬火工艺；但用于模数12~14,载重14~16吨车的驱动桥齿轮，钢的总合金量达到3.12~3.32%时，不能釆用渗碳后直接淬火工艺。这是因为，当齿轮钢的合金总量(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)(%重量)为2.85~3.12%、碳含量达到0.17~0.20%时,能满足模数为11.13的重载驱动桥齿轮抗弯强度需要，总合金含量不高，齿轮渗碳层的淬透性适中，齿轮渗碳后釆用直接淬火工艺，残余奥氏体3级。当该专利钢用于大模数驱动桥齿轮制造，钢的总合金量达到3.19-3.32%、碳含量达到0.17~0.20%时，才能满足大模数重载啮合驱动桥齿轮抗弯强度的要求。但是，钢中总合金量高，导致齿轮渗碳层的淬透性过高；造成了残余奥氏体严重超过标准要求，事实上，该专利中的实施例4,其中的残余奥氏体难于达到2~3级水平。专利ZL200510018605.4:技术方案，只是考虑到满足齿轮的抗弯强度、齿轮渗碳层淬透性的下限要求；而忽视了齿轮渗碳层淬透性的上限要求。〇
发明内容本发明的目的是要解决目前常用齿l仑钢制造重载啮合驱动桥齿轮，渗石友热处理周期长，制造成本过高；而ZL200510018605.4专利方案只能适用小模数重载啮合驱动桥齿轮用钢的问题，提供一种不含Mo^Ni稀缺贵重元素，齿轮渗碳后能直接淬火，能缩短生产周期，适用于制造大模数重载啮合驱动桥齿轮的一种重载啮合驱动桥齿轮用钢。本发明技术方案其特征是化学成分重量百分比为C0.21—0.25Mn1.2—1.60P￡0.03S0.015—0.04Crl.30—1.80Mo$0.05Ti0.04—0.10OS20PPm余量为Fe和其他杂质。本发明中，对用于模数为12~14的重载驱动桥主动齿轮用钢，当C含量一定时，相应Mn,Cr,Mo,W及Ni的含量须按下列要求控制成份C(%重量)(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)(%重量)0.213.04±0.030.222.99±0.030.232.93士0.030.242.85±0.030.252.79±0.03需要说明的是Mo,W,Ni均为钢中残余元素。当残余元素含量不为零时，应当从Mn、Cr含量中扣除残余元素的含量。目的是精确控制钢的淬透性。本技术方案将该专利钢提出的合金总量3.19~3.32%降低到2.79~3.04%,能克月良专利ZL2005100186054提供的17Cr2Mn2TiH钢齿轮残余奥氏体含量过高问题；齿轮渗碳后直接淬火，渗碳层中的残余奥氏体3级；齿轮表面硬度不低于60HRC,具有4艮高的耐磨性，接触疲劳寿命高。但是，钢的合金总量降低，钢的含碳量仍维持0.14~0.20%，会导致钢的淬透性降低，降低大模数齿轮的抗弯曲疲劳强度。为解决这个问题，本技术方案将钢的含碳量从专利ZL200510018605.4提供0.14~0.20%,提高到0.21~0.25%;使钢的淬透性与国内外常用的大模数驱动桥齿轮用钢和专利提出的17Cr2Mn2TiH钢，具有相同的水平，如表2所示。因此，按本技术方案生产的齿轮钢，制造大模数驱动桥齿轮，既能防止齿轮渗碳后直接淬火时，齿轮渗碳层残余奥氏体超过标准；又能保证齿轮有高抗弯曲疲劳强度。本发明技术方案的特点在于1.本发明钢中含有0.040.10%的Ti元素，当钢中的Ti含量超过0.04%以后，钢的奥氏体晶粒在IOO(TC长时间保温，仍能保持78级的细晶粒。因此，本发明钢在920。C长时间渗碳过程中，晶粒不会粗化。能够适应渗碳后直接淬火。表2:重载齿轮用钢的淬透性<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>2.本发明钢中Si含量^).120/。，比目前常用的重载齿轮钢中的Si含量低。这可大大减轻齿轮在渗碳过程中的内氧化，避免非马氏组织沿晶界形成黑网。提高齿轮的接触疲劳寿命。3.本发明钢用于大模数驱动桥齿轮制造，能采用渗碳后直接淬火工艺按本技术方案生产的齿轮钢，制造大模数啮合驱动桥齿轮，齿轮渗碳后既能采用直接淬火工艺，又能保证齿轮有高抗弯曲疲劳强度，高接触疲劳寿命。4.本发明提出的齿轮钢的化学成分不含贵重、价高的Ni、Mo合金元素，钢材的采购成本可降低36~70%;与专利ZL200510018605.4提供的17Cr2Mn2TiH钢相比，本技术方案提供的齿轮钢，特别适用于大模数啮合驱动桥齿轮，采用渗碳后直接淬火工艺，降低齿轮热处理成本25%以上。齿轮生产周期缩短，提高了生产效率。卿附图是齿轮的渗碳淬火工艺图。(E)具体实施例方式实施例1:EQ2402(457)14吨载重卡车后桥齿轮(其模数为12.357)的制造(1)齿轮钢成份(重量％):(采用通用技术炼钢)C0.21,Mnl.20,Si0.08,Cr1.80,Ti0.07,P0.029,S0.02,Ni0.04,Mo0.01,W0.01,015PPm,余为Fe和其它杂质。淬透性检验J15=40.5HRCJ25=37.0HRC[Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni]=3.03(2)EQ2402(457)吨车后桥主动齿轮热处理工艺齿轮毛坯的等温正火工艺加热温度900°C,等温温度630°C,风冷时间3分。齿轮的渗碳淬火工艺参见附图。淬火油温80°C回火温度180°C每料盘周期60分，距齿表面O.lmm处最大C浓度0.70%(3)齿轮毛坯的正火硬度HB175,冷加工表面光洁度高，断屑性好。OOEQ2402(457)吨载重车后桥主动齿轮成品<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>齿轮的不平度，椭园度，主被动齿啮合区均符合要求。台架寿命输出扭距45000N""M,疲劳寿命标准为^50万次，实际寿命为85万次。实施例2:EQ2402(457)载重工程车(14吨)后桥主动齿轮的制造(l)齿轮钢成分(重量％):(采用通用技术炼钢)C0.22,Mn1.40,Si0.10,Cr1.55,Ti0.09,P0.011,S0.03,Ni0.04,Mo0.01,W0.01,O20PPm,余为Fe和其它杂质。[Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni]=2.98钢材淬透性J15=40HRCJ25=37.0HRCU)EQ2402(457)载重工程车后桥主动齿热处理工艺齿轮毛坯的正火工艺加热温度900°C,等温温度630°C,风冷时间3分。齿轮的渗碳淬火工艺参见附图。淬火油温80°C回火温度180°C每料盘周期60分；距齿表面0.1mm处最大C浓度0.7%(3)齿轮毛坯的正火硬度HB170,冷加工表面光洁度高,断屑性好<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>齿轮的不平度，椭园度，主被动齿啮合区均符合要求，台架寿命输出扭距45000N""M,疲劳寿命标准为^50万次，实际寿命为80万次。实施例3:DA485冲焊驱动桥16吨载重卡车后桥齿轮(其模数为13.25)的制造(1)齿轮钢成分(重量％):(采用通用技术炼钢)C0.23,Mnl.34，Si0.10,Crl.55,Ti0.04,P0.02,S0.03,NiO.04,Mo0.02,W0.01,OlOPPm,余为Fe和其它杂质。[Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni]=2.93钢材的淬透性检验J15=40.5HRCJ25=37.5HRCU)DA485冲焊驱动桥16吨车后桥主动齿轮热处理工艺齿轮毛坯的等温正火工艺加热温度900°C，等温温度630°C,风冷时间3分。齿轮的渗碳淬火工艺参见附图。淬火油温80°C回火温度180°C每料盘周期60分；距齿表面O.lmm处最大C浓度0.80%。(3)齿轮毛坯的正火硬度HB165,冷加工表面光洁度高,断屑性好。(4)DA485沖焊驱动桥16吨吨载重卡车后桥主动齿轮成品每料盘周期60分；距齿表面O.lmm处最大C浓度0.73%。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>齿轮的不平度，椭园度，主被动齿啮合区均符合要求，台架寿命输出扭距45000N~~M,疲劳寿命20万次。符合4万次的标准要求。实施例4:EQ2402(457)载重工程车后桥主动齿轮的制造(1)齿轮钢成分(重量％):(采用通用技术炼钢)C0.25,Mnl.28,Cr1.47,Ti0.08,O8PPm,Ni0.05,Mo0.02,W0.01,Si0.07,P0.011,S0.025。余为Fe和其它杂质。[Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni]=2.79钢材淬透性检验J15=41.5HRCJ25=37.5HRCU)EQ2402(457)载重工程车后桥主动齿热处理工艺齿轮毛坯的等温正火工艺加热温度900°C,等温温度630°C,风冷时间3分。齿轮的渗碳淬火工艺参见附图。淬火油温80°C回火温度190°C每料盘周期60分；距齿表面0.1mm处最大C浓度0.73%。(3)齿轮毛坯的正火硬度HB173,冷加工表面光洁度高,断屑性好。(4)EQ2402(457)载重工程车后桥主动齿轮成品<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>齿轮的不平度，椭园度，主被动齿啮合区均符合要求。台架寿命输出扭距45000N—M,疲劳寿命标准为^50万次，实际寿命为85万次。实施例5:DA485冲焊驱动桥16吨载重卡车后桥齿轮的制造(1)齿轮钢成分(重量％):(采用通用技术炼钢)C0.23,Mnl.30,Si0.08,Cr1.59,TiO.lO,PO.Ol,S0.02,Ni0.04，Mo0.01，W0.02,012PPm。余为Fe和其它杂质。[Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni]=2.93钢材的淬透性检验J15=41.0HRCJ25=37.5HRC(2)后桥主动齿轮热处理工艺齿專仑毛坯的等温正火工艺加热温度900°C,等温温度630°C，风冷时间3分。齿轮的渗碳淬火回火工艺参见附图。淬火油温80°C回火温度180°C每料盘周期60分；距齿表面0.1mm处最大C浓度0.80%。(3)齿轮毛坯的正火硬度HB165,冷加工表面光洁度高,断屑性好。(4)载重卡车后桥主动齿轮成品每料盘周期60分；距齿表面0.1mm处最大C浓度0.73%。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>齿轮的不平度，椭园度，主被动齿啮合区均符合要求，台架寿命输出扭距45000N—M,疲劳寿命15万次。符合4万次的标准要求。实施例6:EQ2402(457)载重工程车(14吨)后桥主动齿轮的制造(l)齿轮钢成分(重量％):(采用通用技术炼钢)C0.22,Mnl.60,Si0.10,Cr1.39,Ti0.07,P0.011,S0.03,Ni0.04,MoO.Ol,W0.01,018PPm。余为Fe和其它杂质。[Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni]=3.02钢材淬透性J15=40HRCJ25=37.0HRC(2)EQ2402(457)载重工程车后桥主动齿热处理工艺齿轮毛坯的正火工艺加热温度900°C,等温温度630°C,风冷时间3分。齿轮的渗碳淬火工艺参见附图。淬火油温80°C回火温度180°C每料盘周期60分；距齿表面O.lmm处最大C浓度0.7%。(3)齿轮毛坯的正火硬度HB170,冷加工表面光洁度高，断屑性好。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>齿轮的不平度，椭园度，主被动齿啮合区均符合要求，台架寿命输出扭距45000N—M,疲劳寿命标准为^50万次，实际寿命为80万次。权利要求1.一种重载啮合驱动桥齿轮用钢，其特征是其化学成分重量百分比为C0.21～0.25Mn1.2～1.60Si≤0.12P≤0.03S0.015～0.04Cr1.30～1.80Mo≤0.05Ti0.04～0.10O≤20PPm余量为Fe和其他杂质。2.根据权利要求1所述的一种重载啮合驱动桥齿轮用钢，其特征是在炼钢时，当C含量一定时，相应Mn，Cr,Mo,W及Ni的含量按下列要求控制成分C(%重量)(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)(%重量)`0.213.04±0.03`0.222.99±0.03`0.232.93±0.03`0.242.85±0.03`0.252.79±0.0全文摘要本发明是一种重载啮合驱动桥齿轮钢，其化学成分重量百分比为C0.21～0.25，Mn1.2～1.60，Si≤0.12，P≤0.03，S0.015～0.04，Cr1.30～1.80，Mo≤0.05，Ti0.04～0.10，O≤20PPm，余量为Fe和其它杂质；本发明由于不加Ni，Mo贵重元素，使其制造成本降低了30％以上，其热处理工序简化，生产效率提高，可减小齿轮热处理之后的翘曲变形，椭圆度超标，齿面啮合不好等问题，特别适用于制造大模数重载啮合驱动桥齿轮。文档编号C22C38/38GK101638751SQ20081004867公开日2010年2月3日申请日期2008年7月31日优先权日2008年7月31日发明者常曙光申请人:常曙光