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国外先进汽车齿轮用钢的国产化

随着国外先进车型的引进,各种齿轮钢的国产化使我国的齿轮钢水平上了一个新台阶。目前,德国的Cr-Mn钢,日本的Cr-Mo系钢,和美国的SAE86钢满足了中小模数齿轮用钢。国产载货汽车齿轮有的采用美国牌号SAE8822H钢,如8t和10t桥用圆锥齿轮采用SAE8822H,该钢主要化学成分(质量分数,%)为0.19~0.25C,0.70~1.05Mn,0.15~0.35Si,0.35~0.75Ni,0.35~0.65Cr,0.30~0.40Mo。文献认为,控制淬透性是解决齿轮畸变问题的关键。为减少畸变应选用Jominy淬透性带宽在4HRC以下的H钢。采用H钢的齿轮热处理后精度(接触区)比普通钢高70%~80%,使用寿命延长。因此,工业发达国家先后规定了渗碳合金结构钢的淬透性带。根据需要将淬透性带限制在很窄的范围(4~5HRC)。1)在德国订货时,可以要求钢材的淬透性能在给定的范围内,也可以要求缩窄淬透性能的钢材。17CrNiM06非常适合制造大模数重负荷汽车齿轮,该钢主要化学成分(质量分数,%)为0.15~0.20C,0.40~0.60Mn,1.50~1.80Cr,0.25~0.35Mo,1.40~1.70Ni。此钢在我国已开始生产和使用。文献认为,在17CrNiM06钢齿轮渗碳过程中,在适当降低渗碳后期碳势的同时加快渗碳后的冷却速度,由空冷改为风冷,阻止大块碳化物的形成,然后在630cC进行高温回火,以析出部分合金碳化物,为的是在820℃二次加热淬火时减少残留奥氏体量,最终获得较好的金相组织。2)奥地利"Styer"重型汽车厂要求淬透性带宽为7HRC。3)日本中重型货车,如“日野”牌KB222型载重9t汽车和“日产”牌CKL20DD型载货8t汽车的变速器齿轮及后桥齿轮广泛采用Cr-Mo系钢,如SCM420H和SCM822H钢,相当于我国国产化20CrMnMoH和22CrMoH钢。

  此类钢具有较高的淬透性能。在一定范围内,齿轮的弯曲疲劳寿命随着淬透性的增加而提高。文献指出,长春一汽开始在生产“解放”牌9t载货汽车后桥齿轮时,采用20CrMnTiH钢,即使使用淬透性能为Ⅱ组的钢材(J9=36~42HRC),热处理后齿轮轮齿心部硬度也只有22~24HRC,达不到齿轮技术条件规定的要求,汽车在使用时,后桥主动和从动圆锥齿轮发生早期损坏。因此不得不选用淬透性能更高的Ct-Mo钢,其主要成分参考日本的SCM822H齿轮钢,该钢材的主要化学成分(质量分数,%)为:0.19~0.25C,0.55~0.90Mn,0.15~0.35Si,0.85~1.25Cr,0.35~0.45Mo。经与钢厂协商,生产出了国产化的新钢种22CrMoH钢,其淬透性能指标为J9=36~42HRC,较好地满足了汽车齿轮的使用要求。但是,该钢的工艺性能较差,齿轮锻坯要经过等温退火处理后才能进行切削加工,硬度为156~207HB,金相组织为先共析铁素体+伪共析珠光体。此钢淬透性能较高,普通正火容易产生粒状贝氏体,粒状贝氏体的出现对切削加工极为不利,不仅使刀具的使用寿命大幅度下降,而且由于异常组织的出现,总是伴随着金相组织的不均匀性,最终造成齿轮热处理畸变的增大。4)近年来,美国汽车制造厂家力图降低生产成本并提高零件的可靠性和耐久性,这就需要产品的几何尺寸及力学性能的高度一致。对热处理的零件要改善产品性能的一致性,必须降低零件淬火后硬度的分散程度,这就与钢的淬透性能带的宽窄程度有直接关系。齿轮心部硬度的一致性将减少热处理的畸变,从而提高齿轮的精度,并使轮齿表层的残余压应力分布更加均匀。美国载货汽车变速器齿轮和后桥主动圆锥齿轮用钢有的采用SAE8620钢和SAFA820钢制造。美国SAE8620H、SAE8822H等牌号钢在我国也已开始生产(如宝钢集团上钢五厂等)和使用,分别用于中型载货汽车变速器齿轮和后桥圆锥齿轮。


 
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