[发明专利]一种重载齿轮用合金钢锻圆及其制备方法

说明书

本发明公开了一种重载齿轮用合金钢锻圆，解决了渗碳淬火的形变率大且力学性能弱的问题，涉及合金领域，主要按质量百分数计，包括C0.33～0.38％，Mn0.55～0.80％，Si0.15～0.35％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr1.50～1.70％，Ni1.50～1.70％，Mo0.23～0.30％，Al0.020～0.040％，Cu≤0.20％，V≤0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质。其渗碳淬火的形变率小，且力学性能更强，适合生产齿轮使用，并且其制备方法较为简便适合规模化生产。

技术领域

本发明涉及合金钢领域，特别涉及一种重载齿轮用合金钢锻圆及其制备方法。

背景技术

随着车辆发动机功率的提高，要求传动系统能够承受更高的载荷。同时，为提高功率密度，要求传动系统体积减小，因而对齿轮的承载能力提出了更高的要求。为提高齿轮的承载能力，齿轮材料往往采用合金元素含量较高的重载齿轮钢，如20Cr2Ni4和20CrNi2Mo等。然后，这些重载齿轮钢都存在渗碳淬火变形大的缺点，结果往往导致齿轮后续加工难度大、加工后渗层厚度不均匀、尺寸精度难以保证、以及使用寿命短等问题。影响齿轮渗碳淬火变形的因素较多，其中以淬透性和晶粒度的影响较大。研究表明，降低淬透性和增加晶粒度级别都可以使齿轮渗碳淬火变形降低。不过，重载齿轮钢必须具有一定的淬透性，才能保证大截面齿轮能够淬透。因此，对渗碳淬火变形要求严格的重载齿轮钢，有必要采用细化晶粒的方法。

对此，传统采用的方法是控制Al和[N]的含量、或添加Ti和B等微合金化元素，这些方法冶炼工艺控制难度大、晶粒细化效果不稳定。

另一方面，晶粒细化又容易影响到合金的机械性能。例如，一些重载齿轮要求抗拉强度R_a高于1400MPa、冲击功A_ku高于100J，同时还要求有较高的疲劳强度，包括齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度。因而，有必要研制出一种机械性能强，且渗碳淬火变形小的合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种重载齿轮用合金钢锻圆，不仅渗碳淬火的形变率小，同时，又具有高抗拉强度和高冲击功，有效地提高了齿轮的抗疲劳强度，并且其生产过程较为方便，适合规模化生产。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种重载齿轮用合金钢锻圆，按质量百分数计，包括C0.33～0.38％，Mn0.55～0.80％，Si0.15～0.35％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr1.50～1.70％，Ni1.50～1.70％，Mo0.23～0.30％，Al0.020～0.040％，Cu≤0.20％，V≤0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质。

通过采用上述技术方案，首先Cr能够有效地提高合金的淬透性，以获得所需的强度。为确保大截面重载齿轮淬透，应不低于1.50％，但Cr含量超过1.70％时会恶化钢的冷加工性能，因此，Cr含量应控制在Cr1.50～1.70％。

而Ni也有助于提高合金的淬透性和改善低温韧性。低于1.50％时难以起到上述作用，但超过1.70％使会使渗碳层残余奥氏体含量增加，恶化渗碳层性能。

另外，V以细小的碳化物形成存在时，能够细化晶粒，从而减小变形和改善韧性；当其融入于合金之后，并以固体形式存在时，能够有效提高淬透性及机械强度。

优选为，还包括Ce0.64～0.86％和Sn0.73～0.89％。

通过采用上述技术方案，铈不仅能够细化晶柱，增加塑性，改善加工性能，同时由于铈拥有较强亲锡能力，因而会优先与Sn化合，这些优先析出、分布均匀的化合物能够成为进一步的非均质形核中心，使得合金的组织进一步的细化，同时也减少了合金中块状的Cu₆Sn₆化合物的数量，改善了合金的组织分布，从而使合金的力学性能得到提高。

优选为，还包括Ca1.3～1.5％和In0.8～1.2％。