博一建材讯：我国70%的齿轮钢用于车辆动力传动系统,处于主导地位的仍然是传统的20CrMnTi钢。虽然近年来我国也引进了多国齿轮钢生产线,形成了Cr、CrMo、MnCr、CrNMio等系列的齿轮钢品种,但是产品质量(如氧含量、晶粒度、淬透性带宽以及变形)亟待提升,高端产品所占比例很小。
对于动力传动部件,其减重压力要比车身和悬架小得多。汽车零部件,如传动齿轮必须满足复杂的设计要求,这种锻造零件表面往往经过渗碳和淬火处理来提高其表面硬度,具有优异的耐磨性和抗疲劳性能。热处理工序是这类零件生产的主要成本支出(占总成本的40%),通过提高渗碳温度而减少热处理时间的任何方法都有利于降低生产成本,同时也减少二氧化碳的排放量。铌是细化晶粒的最有效的微合金化元素。如典型的渗碳钢16MnCr5钢(欧标10084)经不同的微合金化(Nb,T,iAl)处理后,Nb和Ti可有效地稳定晶粒尺寸,把渗碳温度提高到1050以上。按照美国标准,晶粒细化两个指数点材料抗疲劳性能提高50%左右=。均匀分布的晶粒可以改善材料的机械性能,尤其是减小硬化时的形变量,可以减少机加工而降低生产成本。
日本新开发的表面渗碳钢的典型化学成分为0.2%C-0.10%Si-0.50%Mn-1.0/2.0%Cr-0.0015%B-0.05%Nb。与SCr420钢相比,为了降低钢热轧态的硬度,降低了C、Si和Mn,控制硼的加入量和铬的含量水平来调整钢的淬透性,通过加入铌来防止渗碳时的晶粒粗化。由于NbC的钉扎作用,含铌钢可以用比不含铌的钢高很多的渗碳温度进行渗碳处理。不同Nb含量的齿轮钢高温渗碳后的疲劳强度如图6所示。在要求同样渗碳深度时,减少了处理时间而使成本大大降低,同时还减少了渗碳件的变形。新开发钢与SCr420钢在不同渗碳温度下的奥氏体晶粒尺寸,新开发钢具有良好疲劳性能,并且平均韧性水平几乎提高1倍。
德国DeutscheEdelstahlwerkeGmbh公司和大众汽车公司[22]也对齿轮和传动轴件用的VW4521+Nb钢进行了高温渗碳工艺的研究,。将渗碳温度从980提高到1050可使处理时间从4h缩短到2 5h,大大提高了生产效率,而机械性能与VW4521相当。该钢种正在大众汽车公司进行台架试验,并将纳入新标准。
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