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做家：金荣植
单元：哈尔滨汇隆汽车厢桥有限公司
起源：《金属加工（热加工）》杂志
重型载货汽车主、从动弧齿锥齿轮（见图1、图2）是安置在启动桥上的一双齿轮副，是汽车齿轮中受力最繁杂及处事前提最卑劣的一双传动齿轮，加之汽车行驶流程中每每碰到道路不平及超载状况等，屡屡产生初期做废状况，行使寿命偏低，已成为现时汽车缔造的瓶颈之一。实际说明，齿轮的弯劳累强度、来往劳累强度及齿轮的精度三概略素决计了齿轮的行使寿命。对此，可从齿轮的材料筛选、原材料品质的节制、铸造品质的节制、渗碳淬火的节制，以及采取先进热管教配置与工艺等动手，抬高齿轮的行使机能及寿命。
图1
图2
一、齿轮材料的筛选
1.采用高淬透性22CrMoH钢
（1）采用淬透机能高的Cr-Mo钢，如国产22CrMoH钢（SCMH），其淬透机能目标为J15＝36~42HRC，较好地知足了重型汽车齿轮行使机能请求。
（2）为知足重型汽车齿轮的更高请求，一汽团体公司与国内钢厂开垦了FAS系列齿轮材料，即FASH及FASH钢，其淬透性带宽5HRC，保证了渗碳层强度和安稳了齿轮热管教畸变。晶粒度优于7级，以抬高渗碳层的劳累强度，获患有较好的行使成绩。
2.采用高韧度镍钢
当今，自动齿轮普遍采取Cr-Ni或Cr-Ni-Mo系列含Ni的保证淬透性渗碳钢种：
（1）17CrNiMo6H钢。该钢属于Cr-Ni-Mo系列齿轮钢，属于强度＞MPa的高强度渗碳钢。其材料的淬透机能目标为J10＝42HRC，J15＝41HRC。晶粒度7~8级。力学机能离别为Rm＝MPa，ReL＝MPa，A＝15%，Z＝60%，KV2＝J。其冲锋功优于22CrMoH钢。
（2）20CrNiMoH钢（SAEH）。一汽团体公司临盆的重型载货汽车启动桥自动弧齿锥齿轮普遍采取20CrNiMoH钢。在热管教金相布局节制方面，碳化物0~1级，马氏体、残留奥氏体1~3级，齿轮渗碳淬火灵验强硬层深度请求1.70~2.10mm，保证了自动弧齿锥齿轮较高委曲劳累和来往劳累机能的请求。
3.采用17Cr2Mn2TiH钢
由国内研发胜利的代价省钱的17Cr2Mn2TiH钢。经过一系列齿轮的台架实验，并部份产物投入装车行使（如、等弧齿锥齿轮）。其淬透机能请求如表1所示。
表Cr2Mn2TiH钢淬透机能请求
商标
J9（HRC）
J15（HRC）
J25（HRC）
17Cr2Mn2TiH1
39~45
35~40
32~39
17Cr2Mn2TiH2
40~46
37~43
34~40
4.启动桥弧齿锥齿轮用钢材料淬透性请求
重型载货汽车启动桥弧齿锥齿轮用钢的材料淬透机能请求，如表2所示。
表2弧齿锥齿轮用钢的材料淬透机能请求
商标
J15（HRC）
J25（HRC）
22CrMoH
36~42
25~35
FASH
35~40
—
FASH
36~41
J30＝30~36
20CrNiMoH
J10＝30~36
34~41
17CrNiMo6H
35~45
34~41
17Cr2Mn2TiH
35~41
34~40
5.大载重自动弧齿锥齿轮用钢
对于13t及以上承载品质的自动弧齿锥齿轮（模数m＞11mm）用钢，可依据齿轮产物技艺请求筛选含Ni渗碳钢，如20CrNiMoH、17CrNiMo6H、20CrNi2MoH、21NiCrMo5H及20CrNi3H等。东风汽车公司采取17CrNiMo6H钢缔造的重型启动桥齿轮台架实验平均寿命为40万次（产物安排请求的劳累寿命不低于30万次）。表3为一汽团体公司用3种钢缔造的统一齿轮的委曲劳累实验成绩。从表3能够看出，含Ni钢齿轮具备较高的劳累寿命。
表3齿轮的委曲劳累实验成绩
钢号
硬度HRC
渗碳层深度
/mm
委曲劳累实验摧残时
始末的应力周次/×
表面
心部
12Cr2Ni4
61~63
37~38
1.15~1.25
14.70
20MnTiB
60~62
41
1.00~1.15
5.84
20CrMnTi
60~62
35~37
1.20~1.25
3.42
二、原材料品质的节制
1.纯朴度
（1）氧含量。采用渗碳钢氧含量最佳节制在w（［O］）＜20×10-6。表4为某齿轮厂临盆的载货汽车弧齿锥齿轮采用不同氧含量的钢材施行台架寿命实验成绩。从表4能够看出，钢材原材料氧含量w（［O］）从（40~50）×10-6低沉到16×10-6今后，齿轮台架劳累寿命显然抬高。
表4齿轮台架劳累寿命实验
钢材
台架请求
台架成绩
备注
GB/T划定的20CrMnTi，
钢中氧含量w（［O］）为（40~50）×10-6
及格
50万次
30万
不及格
—
GB/T划定的20CrMnTiH，
钢中氧含量w（［O］）为1.6×10-6
崇高
万次
万次
实验6套，除一双齿轮被飞出的轴承打碎外，其余5对齿轮均到达万次
注：台架实验前提：实验扭矩N·m，实验转速r/min，东风汽车公司实验中央按日产汽车准则实验。
（2）非金属混合物。按GB/T—准则查验，A≤2.0级，B≤1.5级，C≤1.0级，D≤1.0级。
2.带状布局
带状布局节制在＜3级，更高等节制在≤2级。
3.淬透性
淬透性囊括淬透机能和淬透性带宽。
（1）淬透机能可参及第国齿轮专科协会准则CGMA-1《车辆渗碳齿轮用钢技艺前提》施行筛选。如20CrMnTiH钢淬透机能由高向低分为4种，即20CrMnTiH1~20CrMnTiH4；20CrNiMoH钢分为两种，即20CrNiMoH1及20CrNiMoH2。或参照一汽公司、东风汽车公司等大厂关连钢材技艺准则及产物技艺请求施行筛选
（2）淬透性带宽。较高请求淬透性带≤7HRC，更高请求≤5HRC。保证统一批钢材的淬透机能最大割裂度不大于4HRC。
4.晶粒度
晶粒度优于或即是6级。
三、铸造品质的节制
齿轮锻件棒料采取中频感到加热平均；严酷节制始锻、终锻温度，可采取远红外测温仪施行监控；齿轮铸造比个别筛选3~5。
1.锻件计划热管教的节制
齿轮锻坯优先采取等温正火临盆线，所拟订的奥氏体化温度应高于后续施行的渗碳温度。
2.等温正火技艺请求
（1）硬度。锻件正火硬度节制在~HBW；硬度散差，一批次≤15HBW，单件≤5HBW。
（2）金相布局。平均块状先共析铁素体+平均片状珠光体；魏氏体布局0级；无粒状贝氏体布局；带状布局＜3级；晶粒度优于或即是6级，节制混晶表象。
四、渗碳淬火的节制
重型载货汽车弧齿锥齿轮热管教采取渗碳淬火、回火工艺。主、从动弧齿锥齿轮渗碳淬火灵验强硬层深度请求：1.70~2.10mm。表面与心部硬度离别为58~63HRC和35~45HRC；碳化物、马氏体及残留奥氏体均≤5级。
（1）渗碳热管教配置的采用
优先采取陆续式渗碳自动临盆线和密封箱式渗碳炉及其自动临盆线，完成渗碳流程的自动化节制，进而保证齿轮的热管教品质。
（2）热管教目标
齿轮代表性（处事）表面硬度60~63HRC；轮齿心部硬度35~45HRC（一汽公司施行的实验成绩，心部硬度为41HRC时委曲劳累寿命最高）；渗碳淬火灵验强硬层深度1.8~2.2mm；金相布局为碳化物2~3级，马氏体2~3级，残留奥氏体10%~25%（体积分数），表面非马氏体深度＜20μm，心部布局为低碳马氏体布局、无块状铁素体布局。
五、经过增进渗碳层深度或抬高心部硬度办法
齿轮渗碳件在从军流程中承袭来往压应力时，易呈现渗碳层剥落体例的来往劳累摧残。关连剖析说明，这类裂纹时时发源于渗层的过渡区，其构成因为是相啮合的齿轮所构成的最大切应力影响于表层下必定的深处，假若渗碳层过薄、心部硬度不够，就简单引发来往劳累摧残。对此，可经过增进渗层深度或抬高心部强度（硬度）的办法，以及采取以上两种办法同时并举的方法，能够到达坚固齿轮渗层来往劳累强度的宗旨。
六、先进配置与工艺的运用
1.中冷陆续式渗碳自动临盆线的运用
（1）当自动齿轮采取含Ni量较高材料施行渗碳淬火时，可采取中冷陆续式渗碳炉，经过二次加热淬火裁减渗碳层布局中的残留奥氏体含量，并使奥氏体晶粒得到细化，得到加倍眇小的晶粒度和显微布局。东风汽车公司实考证实，20CrNi2MoH钢经二次加热管教后，晶粒度由7~9级抬高至9级，委曲劳累强度由MPa抬高至MPa，马氏体为2级，残留奥氏体为1~2级，心部硬度为45HRC。
（2）当材料呈现混晶时，可采取中冷陆续式渗碳炉，经过二次加热淬火工艺细化晶粒，消除混晶表象，最后得到及格的马氏体布局。
2.稀土渗碳技艺的运用
采取稀土渗碳技艺，在高碳势［w（C）1.25%~1.4%］下渗碳，表面碳浓度既使到达很高，但表层的碳化物样式和散布特别优越——眇小而平均散布，并且裁减齿轮表面非马氏体层，增进渗碳齿轮表面剩余压应力。稀土渗碳齿轮劳累强度实验成绩说明，稀土渗碳能够大大抬高齿轮委曲劳累强度及来往劳累强度，详细见表5。
表5稀土渗碳齿轮的委曲劳累与来往劳累寿命实验
委曲劳累寿命
来往劳累寿命
应力水
平/MPa
稀土渗
碳寿命
（N×）
惯例渗
碳寿命
（N×）
应力水
平/MPa
稀土渗
碳寿命
惯例渗
碳寿命
0.60
0.25
1.×
3.×
0.77
0.35
3.×
3.×
1.03
0.40
4.57×
6.×
1.07
0.44
6.×
6.×
1.62
0.45
7.×
2.×
—
0.50
8.×
—
6.29
0.77
2
5.37×
1.×
7.24
0.79
8.×
1.×
7.53
0.98
1.×
1.×
17.65
1.10
1.×
2.×
＞30.00
1.29
19.30×
3.×
＞30.00
2.29
20.04×
—
注：（1）委曲劳累实验齿轮模数m＝5mm，齿数z＝30，材料为20Cr2Ni4A钢；来往劳累实验齿轮模数m＝6mm，大齿轮齿数z＝30，小齿轮齿数z＝20，材料均为20Cr2Ni4A钢。
（2）稀土渗碳工艺：℃稀土渗碳后直接油淬，℃回火。
譬喻，材料为20CrMnTiH3钢的CA-型“解脱”牌重载汽车后桥从动弧齿锥齿轮，渗碳淬火及回火采取双排陆续式渗碳自动临盆线。齿轮原渗碳工艺（未加稀土）与稀土渗碳工艺参数对譬如表6所示。经过表6能够看出，采取稀土渗碳工艺后，推料周期由原工艺38min收缩至30min，每一盘齿轮在炉内加热光阴裁减了6h，不光减小了齿轮畸变，并且抬高了渗碳品质。
表6原渗碳工艺与稀土渗碳工艺参数比较
工艺
原渗碳工艺/稀土渗碳工艺
加热区段
1
2
3
4
5
炉温/℃
/
/
/
/
/
设定碳势
w（C）（%）
—
1.05/1.25
1.20/1.30
1.05~1.10/
1.00~1.05
0.95~1.00/
0.95~1.00
甲醇流量/（mL/min）
20/0
20/20
20/20
25/20
30/0
稀土甲醇流量/（mL/min）
0/0
0/20
0/30
0/10
0/0
氮气流量/（m3/h）
1.2/2
1.4/2
1.6/2
1.8/2
2.0/3
丙烷气流量/（m3/h）
0/0
0.3/0.5
0.4/0.4
0/0.05
0/0
推料周期/min
38/30
注：表中“/”先后数值离别为原渗碳工艺和稀土渗碳工艺参数。
3.采取喷丸加强技艺
喷丸加强不同于喷丸整理，是一种受控喷丸技艺，其主假如借助于高速疏通的弹丸冲锋齿轮的表面，使其产生弹性、塑性变形，进而构成剩余压应力、加工强硬和布局细化等有益的改变，以抬高齿轮的委曲劳累强度和来往劳累强度（齿根喷丸可灵验地抬高劳累强度，特别是委曲劳累强度），是革新齿轮抗咬合本领、抬高齿轮行使机能与寿命的要紧路径之一。
喷丸加强使渗碳齿轮表面加工强硬，并革新了非马氏体布局的不良影响，显著抬高了齿轮表面的剩余压应力，进而抬高了齿轮的劳累寿命。
采取喷丸加强来抬高齿轮委曲劳累强度，特别是齿根左近的加强管教。应保证弹丸直径小于齿根半径的一半。某一实验SCM钢齿轮的渗碳查验成绩及喷丸管教参数如表7所示。
表7SCM钢齿轮的渗碳查验成绩及喷丸管教参数
喷丸
强度
/mmA
表面
硬度
HV
强硬
层深
/mm
残留奥
氏体
φ（%）
内氧化
层深
/μm
剩余应力/MPa
表面
0.05mm
处
喷丸前
1.00
18.6
15
－
－
0.45
0.90
6.9
15
－
－
0.70
1.15
3.1
8
－
－0
实考证实，当采取硬度为53~55HRC、放射速率为90~m/s的钢丸施行加强喷丸时，剩余应力峰值到达MPa。与渗碳淬火后不施行喷丸的齿轮比拟，实际加强喷丸的齿轮在摧残概率为10%时的委曲劳累强度抬高48%。
譬喻，一汽公司采取德国产TR5SVR-1型应力喷丸配置，对渗碳淬火、回火后的载货汽车后桥主、从动弧齿锥齿轮（材料为22CrMoH钢）施行喷丸管教，得到较好的加强成绩。其喷丸工艺为：采取直径为0.80mm钢丸，喷丸光阴为9min，喷丸速率为2r/min。
喷丸加强管教后齿轮表层布局获患有细化，表层的残留奥氏体含量比未经喷丸管教工件的残留奥氏体含量要低10%左右，在间隔表面0.15mm范畴内，改变量较量显然；经加强喷丸管教后的齿轮表面硬度抬高了0.5~2HRC，显著抬高了齿轮的劳累强度与行使寿命。
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