專(zhuān)利名稱(chēng)：一種同步器齒輪用鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，屬于合金鋼類(lèi)，是一種用于制造同步器齒輪的齒輪鋼。
背景技術(shù)：
同步器齒輪是變速箱中用來(lái)?yè)Q擋的齒輪。特點(diǎn)是模數(shù)小，一般小于3.5；齒輪的模壁薄。齒輪在滲碳或碳氮共滲后的油淬過(guò)程中，心部的冷卻速度很快。這個(gè)特點(diǎn)對(duì)鋼材的要求是鋼的淬透性要低。目前，美國(guó)用SAE8620H，中歐國(guó)家用28MnCr5，日本用SCM420H，SCr420H，中國(guó)和俄羅斯用20CrMnTiH，20Cr，20CrNi鋼制造同步器齒輪。SAE8620H，28MnCr5，SCM420H，SCr420H，20CrMnTiH這五個(gè)鋼號(hào)的淬透性偏高，即時(shí)是使取鋼的淬透性的下限，同步器齒輪的心部硬度和內(nèi)M值(跨棒距)的收縮量還是超出標(biāo)準(zhǔn)要求；例如，用20CrMnTiH鋼制造東風(fēng)牌工程車(chē)的同步器齒輪，齒輪的心部硬度常超過(guò)HRC30-40的標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到HRC42-46，齒輪的內(nèi)M值的收縮量達(dá)到0.25MM(超過(guò)0.15MM的要求)。用28MnCr5鋼制造齊瑞牌和吉利牌轎車(chē)的1/2檔同步器齒輪，很難保證HV320-480的心部硬度，達(dá)到HV520-550.吉利轎車(chē)1/2檔齒輪的內(nèi)花鍵變形大，橢圓度達(dá)到0.25％。目前，為了保證齒輪的心部硬度不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，減少變形；不得不采用750℃亞溫淬火。但是這又往往致使心部鐵素體組織級(jí)別超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，最大時(shí)達(dá)到八級(jí)。為避免同步器齒輪的嚴(yán)重變形，不得不采用壓床淬火。這又造成生產(chǎn)效率的降低和成本的升高。中國(guó)GB3077-88標(biāo)準(zhǔn)中的20Cr和20CrNi鋼的淬透性不高，用來(lái)制造同步器齒輪上述質(zhì)量問(wèn)題雖說(shuō)沒(méi)有那么嚴(yán)重，但由于淬透性太低，在齒輪毛坯正火處理之后，步氏硬度低，達(dá)不到HB160-180，同時(shí)因?yàn)樘己康?，毛胚正火組織中鐵素體含量高，致使零件在機(jī)械加工后出現(xiàn)光潔度達(dá)不到要求，表面拉傷，毛刺等質(zhì)量問(wèn)題。由于上述原因，同步器齒輪的制造長(zhǎng)期處于質(zhì)量問(wèn)題多，制造成本高，技術(shù)難度大的狀態(tài)。
中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN1257132A提出微變形滲碳齒輪鋼，試圖采用提高鋼材的合金含量，提高鋼材的淬透性，使齒輪毛胚從高溫不經(jīng)過(guò)油淬和回火，只在空氣中冷卻，使齒輪的心部得到貝氏體組織，表面得到馬氏體加貝氏體組織的技術(shù)方案來(lái)減輕齒輪的熱處理變形。這個(gè)技術(shù)方案有兩個(gè)問(wèn)題第一，齒輪從高溫狀態(tài)在空氣中冷卻會(huì)造成表面脫碳，這會(huì)大大降低齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度。如果采用保護(hù)氣體冷卻，保護(hù)氣體的制備和消耗要大大提高制造成本。第二，齒輪表面的高碳馬氏體不經(jīng)低溫回火，韌性很差。會(huì)造成淬火裂紋和齒面嘣裂。由于存在這兩個(gè)問(wèn)題，這個(gè)技術(shù)方案很難應(yīng)用于解決齒輪的變形問(wèn)題。
日本專(zhuān)利JP56116857A，JP3184411B2所提出的齒輪鋼，其合金元素含量過(guò)高，鋼的淬透性高。如果用來(lái)制造同步器齒輪，會(huì)出現(xiàn)上述同樣的質(zhì)量問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決目前同步器齒輪制造中存在的變形大，心部硬度高，鐵素體組織超級(jí)別，冷加工性能不好，制造成本高等問(wèn)題，提供一種熱處理變形小，機(jī)械加工性能好的同步器齒輪用鋼。
本發(fā)明鋼的化學(xué)成份(重量百分比)為C 0.25-0.30 Mn 0.5-0.85Si ≤0.37P ≤0.03 S 0.02-0.06 Cr 0.5-0.85Ni ≤0.10 Mo ≤0.05 W ≤0.05Ti 0.04-0.10 余量為Fe和雜質(zhì)本發(fā)明對(duì)模數(shù)為2-3.5的同步器齒輪用鋼，在煉鋼時(shí)須按下列要求控制成份C (％重量)(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)±0.03(％重量)
0.25 1.630.26 1.590.27 1.550.28 1.510.29 1.480.30 1.44本發(fā)明對(duì)模數(shù)為2以下的同步器齒輪用鋼，在煉鋼時(shí)按下列要求控制成份C(％重量) (Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)±0.03(％重量)0.25 1.410.26 1.370.27 1.330.28 1.290.29 1.250.30 1.21本發(fā)明中的Ti0.04-0.10，可用(％重量)Al 0.02-0.055和N0.010-0.015來(lái)替換。
本發(fā)明技術(shù)方案的特點(diǎn)在于1.同20CrMnTiH，SCM420H，SCr420H，28MnCr5，專(zhuān)利JP3184411B2，專(zhuān)利JP56116857A，專(zhuān)利JP61291952A鋼相比，本發(fā)明鋼的合金元素Mn，Cr的上限大大降低，同SAE8620H鋼相比，同專(zhuān)利JP3184411B比較，本發(fā)明鋼中Ni，Mo，W合金元素的含量的上限極低；如表1
表1合金元素含量的比較
注專(zhuān)利1JP3184411B2，專(zhuān)利2JP56116857A，專(zhuān)利3JP61291952A由于本發(fā)明在進(jìn)行鋼的成分設(shè)計(jì)時(shí)，測(cè)定了同步器齒輪在淬火過(guò)程中心部的冷卻速度，定量計(jì)算了所需要的合金元素含量，發(fā)現(xiàn)目前已有的齒輪鋼中的合金含量超過(guò)了需求量，導(dǎo)至鋼的淬透性過(guò)高。這是造成同步器齒輪心部硬度高，熱處理變形大的主要原因；特別是模數(shù)小于2的同步器齒輪。本發(fā)明降低了鋼的合金元素的含量，使鋼的淬透性降低，適應(yīng)了同步器齒輪在淬火過(guò)程中心部冷卻快的特點(diǎn)。本發(fā)明鋼的淬透性，化學(xué)成份的中限值與表1其他鋼的比較如表2。用本發(fā)明的鋼制造同步器齒輪，不必采用亞溫淬火工藝，齒輪的心部硬度也能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求；解決了同步器齒輪心部鐵素體組織超級(jí)別的問(wèn)題。齒輪的熱處理變形幅度大大減小。
表2鋼的化學(xué)成份的中限值，淬透性的的比較
專(zhuān)利1JP3184411B2，專(zhuān)利2JP56116857A，專(zhuān)利3JP61291952A注表2中的So(mm)是末端淬透性試樣上半馬氏體區(qū)距水冷端的距離。表中的淬透性是根據(jù)每個(gè)鋼種化學(xué)成份的中限值測(cè)算的。
2.本發(fā)明鋼同GB3077-88標(biāo)準(zhǔn)中的20Cr，20CrNi鋼的化學(xué)成份的比較如表3；淬透性的比較如表4表3合金元素含量的比較
表4鋼的化學(xué)成份的中限值和淬透性的的比較
注表4中的So(mm)是末端淬透性試樣上半馬氏體區(qū)距水冷端的距離。表中的淬透性是根據(jù)每個(gè)鋼種化學(xué)成份的中限值測(cè)算的。
本發(fā)明鋼同GB3077-88標(biāo)準(zhǔn)中的20Cr，20CrNi鋼相比較，碳含量大大提高，又添加了S易切削元素；20Cr，20CrNi鋼的淬透性比表1.中鋼的淬透性低；比本發(fā)明鋼的淬透性略高；用于制造同步器齒輪，心部鐵素體組織超級(jí)別，心部硬度高，變形大等質(zhì)量問(wèn)題不太突出，但是由于鋼的淬透性太低和碳含量低兩個(gè)因素造成了齒輪毛胚正火組織中鐵素體含量相對(duì)增加，齒輪毛坯的正火硬度達(dá)不到HB160-180的水平，零件機(jī)械加工后光潔度達(dá)不到要求，出現(xiàn)毛刺，表面拉傷等質(zhì)量問(wèn)題。本發(fā)明設(shè)計(jì)的鋼的淬透性更低，在保證淬透性不提高的前提下，提高了鋼中的碳含量；由于碳含量提高，毛胚正火組織中鐵素體含量相對(duì)減少，又添加了易切屑元素S，齒輪毛坯的正火硬度在HB140-170，雖未達(dá)到HB160-180的水平，零件機(jī)械加工后光潔度仍然很高，斷屑性仍然很好。
28MnCr5鋼的C，Mn，Cr的下限值分別為0.25％，0.60％和0.80％，對(duì)應(yīng)的So(mm)為4.8mm；對(duì)模數(shù)為2以下的同步器齒輪，為保證心部硬度和變形不出問(wèn)題，鋼的So(mm)應(yīng)控制在4.8mm以下。由于很難實(shí)現(xiàn)按下限化學(xué)成份煉鋼，28MnCr5鋼無(wú)法用來(lái)制造模數(shù)2以下的同步器齒輪。
JP61291952A專(zhuān)利提出的
權(quán)利要求
C0.15-0.40％，Cr0.50-2.0％，Mn≤0.5％；當(dāng)合金元素含量的組合使鋼的So(mm)很低，在4.8mm以下時(shí)，如果鋼中的C＜0.25％，將會(huì)出現(xiàn)機(jī)誡加工性能變壞的問(wèn)題。另外，當(dāng)Cr含量超過(guò)1.5％時(shí)，合金元素含量的組合會(huì)使鋼的So(mm)高出所要求的數(shù)值，導(dǎo)制齒論的心部硬度偏高和熱處理變形太大。因此，該專(zhuān)利提出的技術(shù)方案不能解決同步器齒輪現(xiàn)在存在的技術(shù)問(wèn)題。
3.鋼的淬透性的穩(wěn)定性是影響齒輪熱處理變形波動(dòng)幅度的決定性因素；控制鋼的淬透性在很窄的范圍內(nèi)波動(dòng)，可以大大提高齒輪的加工精度。在齒輪熱處理時(shí)，可以取消壓床淬火，大大提高生產(chǎn)效效率。在冶煉齒輪鋼時(shí)，目前控制鋼的淬透性的方法有兩種一種是對(duì)C，Mn，Cr，Mo，W，Ni六種影響淬透性大的元素的含量分別給定一個(gè)目標(biāo)值；要求六個(gè)目標(biāo)值都要達(dá)到。在冶煉鋼時(shí)很難作到六個(gè)目標(biāo)都能達(dá)到。第2種方法是用電腦，按特定的控制程序?qū)t中鋼液的成份實(shí)行動(dòng)態(tài)控制。工人每次加料前要給電腦輸入40多個(gè)數(shù)據(jù)，操作的任何錯(cuò)誤都可能導(dǎo)制廢品。對(duì)操作工人的素質(zhì)要求很高。另外，這種特定的控制程序尚屬某些高科技企業(yè)的秘密技術(shù)；因此，也很難廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。按本技術(shù)方案的第2和第3條控制鋼的成份，煉鋼工人很容易將鋼的淬透性控制在很窄的范圍內(nèi)。當(dāng)某個(gè)元素高出預(yù)定的目標(biāo)值時(shí)，可以降低其他的元素的目標(biāo)值，達(dá)到C和(Mn+Cr+Mo+W+.2Ni)之間的配比符合本技術(shù)方案的要求當(dāng)鋼的成份符合本技術(shù)方案的要求時(shí)，考慮到成份偏析對(duì)鋼的淬透性帶寬的影響，淬透性帶寬不超過(guò)5HRC。半馬氏體距離So的波動(dòng)幅度不超過(guò)1.2mm。由于鋼的淬透性穩(wěn)定，同步器齒的熱處理變形的波動(dòng)幅度會(huì)很小，這樣通過(guò)熱處理前預(yù)留變形量，可取消壓床淬火。大大降低制造成本，縮短生產(chǎn)周期。
模數(shù)為2-3.5的同步器齒輪用鋼化學(xué)成份的匹配和淬透性C(％) (Mn+Cr+Mo+W+.2Ni)％ So(mm) J5(HRC) J10(HRC)0.251.63 6.3 39 270.261.59 6.1 39 270.271.55 5.8 39 270.281.51 5.6 39 270.291.48 5.5 39 270.301.44 5.4 39 27模數(shù)為2以下的同步器齒輪用鋼化學(xué)成份的匹配和淬透性C(％) (Mn+Cr+Mo+W+.2Ni)％ So(mm) J5(HRC) J10(HRC)0.25 1.41 4.8 34.0 240.26 1.37 4.6 34.0 240.27 1.33 4.4 33.8 240.28 1.29 4.3 33.7 24
0.29 1.25 4.2 33.6 240.30 1.21 4.0 33.5 24注So(mm)為末端淬火試樣上半馬氏體區(qū)距水冷端的距離。
J5(HRC)，J10(HRC)為末端淬火試樣上距水冷端5mm，10mm的距離處的硬度。
總之，本發(fā)明提出的技術(shù)方案解決了同步器齒制造中存在的變形大，心部硬度高，鐵素體組織超級(jí)別，冷加工性能不好，制造成本高等一系列問(wèn)題。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1齊瑞牌轎車(chē)1/2擋步同器齒輪的制造(1)齊瑞牌轎車(chē)1/2擋步同器齒輪的技術(shù)要求有效硬化層深0.4-0.6mm表面硬度HV660-780心部硬度HV320-480M值64.582(+0.092，-0)mm公法線W/639.779-39.844mm(變動(dòng)幅度＜＝0.065)(2)用鋼成份(％)
(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)＝1.44(3)齊瑞牌轎車(chē)1/2擋步同器齒輪的熱處理工藝齒輪毛坯的正火工藝加熱溫度890℃ 等溫溫度550℃ 風(fēng)冷時(shí)間3分20秒齒輪毛坯的碳氮工共滲工藝900℃ 3時(shí)共滲；780/800℃ 120分油淬；200℃ 180分回火(4)齒輪毛坯的正火硬度HB146-156，冷加工表面光潔度高，斷屑性好。
(5)齊瑞牌轎車(chē)1/2擋步同器齒輪的成品成品的心部硬度，表面硬度，心部鐵素體組織，有效硬化層深以及熱處理后的變形幅度均符合要求。
*每次的樣本數(shù)為20件。
*M變動(dòng)，W/6變動(dòng)是M值和W/6值熱處理前，熱處理后值的差值的絕對(duì)值。
實(shí)施例2吉利轎車(chē)1/2擋步同器齒輪的制造(1)吉利轎車(chē)1/2擋步同器齒輪的技術(shù)要求有效硬化層深0.4-0.8mm，表面硬度HV660-780，心部硬度HV330-480，M值62.02-62.146(變動(dòng)幅度≤0.126mm)公法線W/627.517-27.591mm(變動(dòng)幅度＜＝0.074mm)(2)用鋼成份(％)
(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)＝1.26(3)吉利轎車(chē)1/2擋步同器齒輪的熱處理工藝齒輪毛坯的正火工藝加熱溫度890℃ 等溫溫度550℃ 風(fēng)冷時(shí)間3分20秒齒輪毛坯的碳氮工共滲工藝900℃ 3時(shí)共滲；780/800℃ 120分油淬；200℃ 180分回火(4)齒輪毛坯的正火硬度HB160-165，冷加工表面光潔度高，斷屑性好。
(5)吉利轎車(chē)1/2擋步同器齒輪的成品成品的心部硬度，表面硬度，心部鐵素體組織，有效硬化層深以及熱處理后的變形幅度均符合要求。
*每次的樣本數(shù)為20件。
*M變動(dòng)，W/6變動(dòng)是M值和W/6值熱處理前，熱處理后值的差值的絕對(duì)值。
實(shí)施例3CA7-95(解放牌工程用車(chē))1/2擋步同器齒輪(齒谷)的制造(1)CA7-95(解放牌工程用車(chē))1/2擋步同器齒輪(齒谷)的技術(shù)要求有效硬化層深0.3-0.6mm，表面硬度HV660-780，心部硬度HRC33-40，M值89.345mm(變動(dòng)幅度-0.145mm，+0mm)公法線W/1099.648mm(變動(dòng)幅度-0.072mm，+0mm)三曹14.05-14.13mm(變動(dòng)幅度0.125mm)(2).用鋼成份(％)
(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)＝1.54(3)CA7-95(解放牌工程用車(chē))1/2擋步同器齒輪(齒谷)的熱處理工藝齒輪毛坯的正火工藝加熱溫度910℃ 等溫溫度530℃ 風(fēng)冷時(shí)間7分齒輪毛坯的碳氮工共滲工藝900℃ 3時(shí)共滲；780/800℃120分油淬；200℃ 180分回火(4)齒輪毛坯的正火硬度HB165-170，加工表面光潔度高，斷屑性好。
(5)CA7-95(解放牌工程用車(chē))1/2擋步同器齒輪(齒谷)的成品成品的心部硬度，表面硬度，心部鐵素體組織，效硬化層深以及熱處理后的變形幅度均符合要求。
*每次的樣本數(shù)為20件。
*M變動(dòng)，W/10變動(dòng)，三曹變動(dòng)是M值，W/10值，三曹熱處理前，熱處理后值的差值的絕對(duì)值。
權(quán)利要求
1.一種同步器齒輪用鋼，其特征是具有以下組份(重量百分比)C 0.25-0.30 Mn 0.5-0.85 Si≤0.37P≤0.03 S 0.02-0.06 Cr 0.5-0.85Ni≤0.10Mo≤0.05W≤0.05Ti 0.04-0.10余量為Fe和雜質(zhì)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步器齒輪用鋼，其特征是對(duì)模數(shù)為2-3.5的同步器齒輪用鋼，在煉鋼時(shí)按下列要求控制成份C (％重量)(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)±0.03(％重量)0.25 1.630.26 1.590.27 1.550.28 1.510.29 1.480.30 1.44
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步器齒輪用鋼，其特征是對(duì)模數(shù)為2以下的同步器齒輪用鋼，在煉鋼時(shí)按下列要求控制成份C (％重量)(Mn+Cr+Mo+W+0.2Ni)±0.03(％重量)0.25 1.410.26 1.370.27 1.330.28 1.290.29 1.250.30 1.21
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步器齒輪用鋼，其特征是其中的Ti 0.04-0.10，可用(％重量)Al 0.02-0.055和N 0.010-0.015來(lái)替換。
全文摘要
本發(fā)明是一種同步器齒輪用鋼，其化學(xué)組份(％重量)為C 0.25－0.30，Mn 0.50－0.85，Si≤0.37，Cr 0.50－0.85，S 0.02－0.06，Ti0.04－0.10，Ni≤0.10，Mo≤0.05，W≤0.05，本發(fā)明用于制造同步器齒輪，熱處理變形小，變形波動(dòng)幅度??；機(jī)械加工性能好，特別適合于制造汽車(chē)同步器。
文檔編號(hào)C22C38/28GK1548571SQ0311908
公開(kāi)日2004年11月24日 申請(qǐng)日期2003年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月15日
發(fā)明者常曙光 申請(qǐng)人:常曙光