齿轮渗碳变形和服役性能与齿轮钢的质量稳定 性密切相关★ღ◈，因此高质量稳定性齿轮钢是制造高质 量齿轮零件的基础★ღ◈。齿轮钢的高质量稳定性首先表 现在小的淬透性波动范围上★ღ◈，即窄淬透性带宽★ღ◈。因 此★ღ◈，如何控制淬透性带宽是齿轮钢生产过程中的重 点和难点★ღ◈。
GB/T 5216—2014《保证淬透性结构钢》标准中 要求齿轮钢的淬透性基带( H 带) 带宽约为 12 HＲC★ღ◈， 2 /3 窄带( HH/HL) 带宽约为 8 HＲC★ღ◈，而我国大多数企 业生产的齿轮钢淬透性带宽能控制在 6 ～ 8 HＲC★ღ◈，少 数企业也可以控制在 4 ～ 6 HＲC★ღ◈，与国外先进水平要 求的不大于 4 HＲC 超窄带宽尚有一定差距★ღ◈。为实现超窄淬透性带宽控制天涯海阁论坛★ღ◈，在对淬透性影响 因素研究基础上★ღ◈，进一步修正淬透性预测模型★ღ◈，并通 过工艺优化实现冶炼成分精确性控制★ღ◈，以及凝固成 分均匀性控制是核心★ღ◈。在淬透性模型方面九游会官方网站★ღ◈，利用修 正后的预测模型★ღ◈，对 20CrNiMoH 试验钢进行淬透性 计算★ღ◈，J5★ღ◈、J9 和 J15 处预测标准差分别为 1.9 HＲC★ღ◈、 1.1 HＲC 和 1.0 HＲC★ღ◈。图 1 所示为优化后模型与原 始模型在 J5天涯海阁论坛★ღ◈、J9★ღ◈、J15 位置预测精度的比较★ღ◈，可见修 正优化后的硬度分布函数模型预测偏差控制在 ± 2 HＲC 范围★ღ◈，预测精度有了显著提高★ღ◈。
在冶炼成分精确性控制方面★ღ◈，通过精选原料★ღ◈、优 化合金加入方法★ღ◈、改善钢液循环条件★ღ◈、成分快速分析 等技术措施★ღ◈，实现了冶炼过程及熔炼终点化学成分 的精确控制★ღ◈，其中 C 含量偏差稳定控制在 ± 0． 01% 以内★ღ◈，Mn 含量偏差稳定控制在 ± 0． 02% 范围内★ღ◈，Cr 含量偏差稳定控制在 ± 0． 015% 范围内★ღ◈，Ni 含量偏 差稳定控制在 ± 0． 02% 范围内★ღ◈。同时★ღ◈，结合连铸过 程中低过热度控制★ღ◈、合理的拉速控制★ღ◈、调整电磁搅拌 磁场强度和频率技术★ღ◈、流搅拌与轻压下技术等★ღ◈，实现 了成分偏析的稳定控制★ღ◈。从图 2 所示 220 炉钢材上 碳极差结果可以看出★ღ◈，Mn － Cr 系和 Cr － Ni － Mo 系 齿轮钢截面碳波动 ΔC≤0． 02% 的比例可达到 97% 以上★ღ◈，截面成分稳定性得到了很好的控制效果★ღ◈。在修正模型和控制成分的基础上★ღ◈，针对 Mn － Cr 系和 Cr － Ni － Mo 系齿轮钢的淬透性带宽进行了大 量取样检测★ღ◈，结果如图 3 所示: 其中 130 炉 Mn － Cr 系齿轮钢淬透性带宽可以稳定控制在 30 ～ 34 HＲC 范围★ღ◈，淬透性带宽不大于 4 HＲC 的比例 100% ; 135 Cr － Ni － Mo 系齿轮钢淬透性带宽 J15 位置可以 稳定控制在 4 HＲC 以内★ღ◈，J9 位置不大于 4 HＲC 的 比例在 97% 以上★ღ◈。因此★ღ◈，高品质齿轮钢淬透性带宽 控制已稳定达到不大于 4 HＲC 的世界先进水平★ღ◈。高质量稳定性齿轮钢为改善齿轮渗碳变形创造 了条件★ღ◈。
中国一汽采用高品质齿轮钢九游会官方网站九游会官方网站★ღ◈，并结合齿坯 锻造及等温正火控温控冷工艺优化★ღ◈、热处理摆放方 式优化等技术★ღ◈，实现了将渗碳热处理精度损失控制 在 2 级以内★ღ◈，齿轮零件渗碳热处理变形大幅度降低★ღ◈， 对齿轮后续加工及性能发挥具有重要作用★ღ◈，如图 4 所示★ღ◈。此外★ღ◈，针对高质量稳定齿轮钢★ღ◈，还开展了氧含 量★ღ◈、夹杂物★ღ◈、渗碳组织以及弯曲和接触疲劳性能等方 面的研究★ღ◈，发现提高齿轮钢质量稳定性可改善其服 役性能★ღ◈。
齿轮渗碳通常在 930 ℃ 左右★ღ◈，一般根据层深要 求选择渗碳时间和碳势等参数★ღ◈。图 5 给出了不同层 深要求下渗碳时间的理论值★ღ◈，可见提高渗碳温度能 够显著缩短渗碳时间★ღ◈。因此★ღ◈，高温渗碳技术成为提 高齿轮生产效率的重要手段★ღ◈，同时结合低压渗碳技 术★ღ◈，可实现高效★ღ◈、环保生产★ღ◈。
高温渗碳最突出的问题在于如何提高渗碳温度 的前提下仍能保持齿轮渗碳层和心部晶粒尺寸细 图 3 MnCr 系和 CrNiMo 系齿轮钢 淬透性带宽波动范围 ★ღ◈。齿轮钢通常渗碳也需要在 930 ℃左右保温较长 时间★ღ◈，主要是依靠钢中 AlN 析出相钉扎晶界来克服晶粒长大问题天涯海阁论坛★ღ◈。不过★ღ◈，AlN 在 1 000 ℃ 以上高温会 显著回溶★ღ◈，从而失去对晶界的钉扎作用★ღ◈。因此九游会官方网站★ღ◈，高温 渗碳齿轮钢技术可以分两类: 一类是以控制 Al★ღ◈、N 含量和 AlN 析出的高温渗碳齿轮钢九游会官方网站★ღ◈，可以适用于 960 ℃高温渗碳; 另一类则是通过添加 Nb 等微合金化元素★ღ◈，形成高温下更稳定的 Nb( N★ღ◈，C) 析出相来钉 扎晶界★ღ◈，可以满足 980 ℃★ღ◈、1 000 ℃甚至更高温度渗碳 要求★ღ◈。
图 6 所示为商业20MnCr5齿轮钢经不同温度奥 氏体化后的晶粒形貌★ღ◈。可见★ღ◈，在 960 ℃保温 10 h★ღ◈，奥 氏体晶粒还比较均匀★ღ◈、细小★ღ◈，见图 6( b) ; 但当奥氏体 化温度达到 1 000 ℃时九游会官方网站★ღ◈，出现了明显的混晶★ღ◈。合理的 Al天涯海阁论坛★ღ◈、N 配比在钢中形成的 AlN 在晶粒长大时可以有效 地钉扎晶界天涯海阁论坛★ღ◈，阻碍晶界迁移★ღ◈，从而控制晶粒长大★ღ◈。AlN 在 960 ℃以下只有少量回溶天涯海阁论坛★ღ◈，如果 Al★ღ◈、N 元素含量配 比合理★ღ◈，未溶的 AlN 可以起到阻止晶粒粗化的目的★ღ◈。研究发现★ღ◈，Al 的质量分数为 0． 030% ～ 0. 045%★ღ◈、N 的 质量分数为 0. 010% ～0． 014%★ღ◈，并结合 AlN 析出相控 制★ღ◈，现有齿轮钢能够适合 960 ℃高温渗碳★ღ◈。
980 ℃或 1 000 ℃以上高温渗碳钢需要添加 Nb 等微合金化元素★ღ◈。Nb( C★ღ◈，N) 的固溶量随温度的增加 而增加★ღ◈，根据 Nb( C★ღ◈，N) 的固溶度积理论计算发现★ღ◈， 齿轮钢中加入 0． 03%左右的 Nb 后★ღ◈，Nb 在 1 000 ℃ 图 6 20MnCr5 齿轮钢经不同条件奥氏体化后的晶粒形貌 以下回溶量非常少九游会官方网站★ღ◈，即使在 1 050 ℃ 渗碳温度下也 仅有约 0． 01% 的 Nb 回溶★ღ◈，大部分 Nb 以 Nb( C★ღ◈，N) 形式析出★ღ◈，主要是以 Nb ( C★ღ◈，N) 形式存在于钢中★ღ◈。 Nb 的析出相高温下更稳定★ღ◈，因而可以有效地阻碍原 奥氏体晶粒长大★ღ◈。Nb微合金化高温渗碳齿轮钢不仅适用于在更 高温度下渗碳★ღ◈，也适合在较高温度下长时间渗碳★ღ◈，这 对于层深要求很大的齿轮意义尤为突出★ღ◈。图 7 为不 含铌 18CrNiMo7-6 齿轮钢经 930 ℃ 和 980 ℃ 渗碳 淬火以及含 0.03% 铌 18CrNiMo7-6 齿轮钢经 980 ℃渗碳淬火后晶粒形貌★ღ◈。图 中 可 以 看 出★ღ◈，含 铌 18CrNiMo7-6 齿轮钢经 980 ℃ 渗碳淬火后★ღ◈，其晶粒 明显细于不含铌 18CrNiMo7-6 齿轮钢试样经 930 ℃和 980 ℃渗碳的晶粒★ღ◈。
近年来★ღ◈，作者在淬透性带宽不大于 4 HＲC 的高 质量稳定性齿轮钢★ღ◈、960 ℃以上高温渗碳齿轮钢★ღ◈、以 及 109 周次超长寿命齿轮钢等高品质齿轮钢方面取 得了一些研究进展★ღ◈，为高品质齿轮钢的开发及应用 奠定了基础★ღ◈。九游会J9官方网站九游会·J9-中国官方网站九游老哥J9俱乐部官网★ღ◈。九游会J9官网入口★ღ◈，j9.com九游会★ღ◈！j9九游会★ღ◈。
