【正文】 以要先進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，獲得回火索氏體，提高心部機(jī)械性能和氮化層質(zhì)量。軟氮化是活性氮化，現(xiàn)在比較常用的是氣體氮化。 40MnB材料及熱處理工藝有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性及良好的韌性，是一種取代40Cr鋼較成功的新鋼種。其淬透性較40Cr稍高，在油中臨界淬透直徑達(dá)18～33mm；正火后可切削性良好，冷拔、滾絲、攻絲和鍛造、熱處理工藝性能也都較好，高溫下晶粒長大、氧化、脫碳傾向及淬火變形傾向均較小；但有回火脆性，回火穩(wěn)定性比40Cr鋼稍差。此鋼一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，使用溫度范圍在20～425℃，主要代替40Cr鋼制作中、小截面的調(diào)質(zhì)零件，如汽車半軸、轉(zhuǎn)向軸、蝸桿、花鍵軸和機(jī)床主軸、齒輪等。此外亦可代替40Cr鋼制作Φ250～320mm卷揚(yáng)機(jī)中間軸等較大截面的零件。當(dāng)制作尺寸較小的零件時此鋼亦可代替40CrNi鋼使用。碳 C ：～ 硅 Si：～ 錳 Mn：～ 硫 S ：允許殘余含量≤ 磷 P ：允許殘余含量≤ 鉻 Cr：允許殘余含量≤ 鎳 Ni：允許殘余含量≤ 銅 Cu：允許殘余含量≤ 硼 B ：～ 后面應(yīng)寫出在各個溫度下的熱處理工藝，應(yīng)該在寫出來 其他典型材料（1）40CrNi材料中碳合金調(diào)質(zhì)鋼。具有高強(qiáng)度、高韌性以及高淬透性。在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下，綜合力學(xué)性能良好，低溫沖擊韌度良好。有回火脆性傾向，水冷易產(chǎn)生裂紋。切削加工性良好，但焊接性差。在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。用于制造鍛造和冷沖壓且截面尺寸較大的重要調(diào)質(zhì)件，如連桿、圓盤、曲軸、齒輪、軸、螺釘?shù)取Ｙ|(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）： C：～ ；Si：～ ；Mn：～ ；Cr：～ ；Ni：～（2）35CrNo材料此鋼和30Cr鋼同屬于強(qiáng)度及韌性較高的中碳合金調(diào)質(zhì)鋼，強(qiáng)度極限比相應(yīng)牌號的35鋼高20％，淬透性比30Cr稍高，其它工藝性能與與30Cr相似?；瘜W(xué)成分如下（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%） ：碳 C ：～ ；硅 Si：～ ；錳 Mn：～ ；硫 S ：允許殘余含量≤ ；磷 P ：允許殘余含量≤ ；鉻 Cr：～ ；鎳 Ni：允許殘余含量≤ ；銅 Cu：允許殘余含量≤（3）20CrMnTi材料20CrMnTi是滲碳鋼，%%的低碳鋼。滲碳鋼中Cr 、Mn 、Ti 鋼，其淬透性較高，在保證淬透情況下，具有較高的強(qiáng)度和韌性，特別是具有較高的低溫沖擊韌性。，加工變形微小，抗疲勞性能相當(dāng)好。用途：用于齒輪，軸類，飛機(jī)各種特殊零件部位。其化學(xué)成份(分)如下： 碳C：～；硅Si：～ ；錳Mn：～ ；硫S：允許殘余含量≤ ；磷P：允許殘余含量≤ ；鉻Cr：～ ；鎳Ni：允許殘余含量≤ ；銅Cu：允許殘余含量≤ ；鈦Ti：～熱處理規(guī)范為：淬火：第一次880℃，第二次870℃，油冷?；鼗?00℃，水冷、空冷。 齒輪零件用材及熱處理工藝 齒輪選材一般要求本文所指齒輪是指汽車變速箱中的各類齒輪。汽車變速箱位于發(fā)動機(jī)與車軸之間，汽車是靠汽車變速箱中的齒輪來傳遞動力、并改變速比，汽車得以以不同速度推動運(yùn)動、前進(jìn)。汽車要適應(yīng)各類復(fù)雜多變的路況，其變速箱齒輪必然受沖擊頻繁，其強(qiáng)度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等機(jī)械性能指標(biāo)均要求比普通汽車齒輪要高[17]。因此汽車齒輪通常是采用臺金滲碳鋼來制造[18]，熱處理也以滲碳淬火為主[19]。1. 對汽車齒輪鋼的質(zhì)量要求齒輪鋼不但要有良好的強(qiáng)韌性、耐磨性，承受沖擊，彎曲和接觸應(yīng)力，且還要變形小、精度高、噪音低。通常，高質(zhì)量水平的齒輪鋼主要表現(xiàn)在三個方面，即末端淬透性帶窄，離散度??；純潔度高；晶粒細(xì)小均勻。此外，良好的加工性能(包括冷、熱加工性和易切削性)也是齒輪行業(yè)所關(guān)心的重要指標(biāo)。（1）末端淬透性用末端淬透性來代替以往的機(jī)械性能檢驗(yàn)是評價齒輪鋼質(zhì)量的重大進(jìn)步。末端淬透性的穩(wěn)定與否對齒輪熱處理后變形量的影響很大，淬透性帶寬度愈窄，離散度愈小，愈有利于齒輪的加工及提高其嚙合精度。中國現(xiàn)行的GB／T5216—2004《保淬透性結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)中的淬透性帶“帶寬”水平與美國、德國的H鋼(HH鋼、HL鋼)標(biāo)準(zhǔn)水平基本上是相當(dāng)?shù)?，例如在J9和JI5處，一般都限制在0～12HRC范圍內(nèi)波動。而HH、HL鋼的帶寬一段都限制在7～8HRC范圍內(nèi)波動。（2）鋼中氧含量及夾雜物的要求氧含量對齒輪疲勞壽命的影響已越來越受到人們的關(guān)注。日本對Cr、CrMo、CrNiMo滲碳合金鋼的氧含量和疲勞壽命之間的關(guān)系曾做過實(shí)驗(yàn)，當(dāng)氧含量從25106降到10106以下時，其疲勞壽命可以數(shù)倍的增加，中國對SCM420H、20MnCr5等引進(jìn)鋼種也進(jìn)行過脫氣和不脫氣的對比實(shí)驗(yàn)，證實(shí)脫氣50多以上。由于工業(yè)發(fā)達(dá)國家擁有先進(jìn)的技術(shù)裝備和工藝技術(shù)，其齒輪鋼的氧含量普遍較低，1986年開始至今我國分別從日本、德國、奧地利等國進(jìn)口的齒輪鋼[20]，其氧含量波動在(7~18)106。中國電爐單煉的20CrMnTi氧含量水平約(30~40)106，電爐+LF爐雙煉法生產(chǎn)的齒輪鋼氧含量約25106，經(jīng)VD真空處理后可達(dá)到20106以下。為了適應(yīng)齒輪鋼的新要求，各鋼廠經(jīng)技術(shù)改造，生產(chǎn)的齒輪鋼純凈度也達(dá)到較高水平，大大縮短了與國際水平的差距[21]。目前齒輪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已將汽車用齒輪鋼的氧含量規(guī)定為≤20106，而很多采用LF+VD或LF+RH精煉處理的特殊鋼廠家，已可以將齒輪鋼的氧含量控制在15106以下。非金屬夾雜物中B、D類夾雜對齒輪的疲勞壽命影響非常大，這兩類夾雜物也與氧含量有關(guān)，同時與非金屬夾雜物的尺寸及分布有很大關(guān)系。目前要求B類夾雜不大于2級，D類夾雜不大于l級。A類夾雜對齒輪鋼的疲勞壽命影響不大，并且隨著易切削齒輪的發(fā)展，鋼中對硫含量的上、下限都提出了要求，因此齒輪鋼今后對A類夾雜的數(shù)量、形態(tài)及分布提出要求。c類夾雜為硅酸鹽類夾雜，由于冶煉裝備的變化，目前國內(nèi)大多數(shù)特鋼廠都可以達(dá)到1級以下的水平。（3）晶粒度晶粒尺寸大小是齒輪鋼的又一項(xiàng)重要指標(biāo)[22]，細(xì)小均勻的奧氏體晶粒度對穩(wěn)定鋼材的末端淬透性，減少齒輪熱處理后的變形量，提高滲碳鋼的脆斷抗力具有重要意義。因?yàn)榇至５木ЯＪ節(jié)B層碳濃度相對增高，導(dǎo)致脆性增加，使彎曲強(qiáng)度下降，齒面容易剝落。如果出現(xiàn)混晶，有可能使齒牙之間的熱處理變形失去規(guī)則而無法配對。晶粒細(xì)化主要通過添加一定量的細(xì)化晶粒元素如Al、Ti、Nb等來達(dá)到。為此國內(nèi)外都在為細(xì)化晶粒度積極攻關(guān)。目前我國齒輪鋼的晶粒度級別一般要求5~8級，而日本特別強(qiáng)調(diào)滲碳齒輪鋼的晶粒度應(yīng)不粗于6級，這是值得我們注意的。從目前某些引進(jìn)齒輪鋼來看，昆晶現(xiàn)象極易發(fā)生，這就要求鋼廠和齒輪廠在工藝上積極采取措施，共同攻克這一難題。國內(nèi)外對細(xì)化品粒都十分重視。現(xiàn)在傾向一致的看法是：%~％，同時，％~％，使之形成AIN起釘扎作用，可阻止晶粒長大。（4）加工性和易切削性隨著齒輪加工線的自動化，為了不斷提高生產(chǎn)效率，許多國家正在研究使用易切削的齒輪鋼。在法國和德國標(biāo)準(zhǔn)中，有許多硫有下限要求的鋼號，％~％，而不是原先概念中硫越低越好的思路。這些鋼比我國國標(biāo)GB73188易切削結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件中的硫含量(最低的S=％~％，最高的S=％~％)低得多。顯然僅按常規(guī)的冶煉方法來提高易切削性仍是比較困難的，需要通過合適的冶煉工藝以改善硫化物的形狀及其分布狀態(tài)來達(dá)到。另外，通過鋼材鍛軋后的空冷處理，防止粒狀貝氏體的出現(xiàn)，改善金相組織，也是提高切削性能的有效途徑。（5）帶狀組織鋼在凝固過程中由于選分結(jié)晶的作用，在鋼坯凝固橫向及縱向上都會造成成分的不均勻性，在軋制后的冷卻過程中由于成分偏析會形成組織(鐵素體與珠光體)的層狀分布即帶狀組織，嚴(yán)重的帶狀組織在齒輪熱處理后不但增加變形，而且齒輪在滲碳處理后使齒高各部位的顯微硬度造成差異，影響齒輪的疲勞壽命。鋼種的不同，帶狀組織的級別的嚴(yán)重程度不同，CrMo、CrNiMo鋼帶狀組織較其它鋼種嚴(yán)重，由于帶狀組織不易消除，齒輪廠一般要求帶狀組織小于3級。模鑄材由于等軸晶區(qū)比連鑄材大，其成分的均勻性較連鑄材好，帶狀組織較輕，只要控制好澆注溫度及速度，大部分爐號能滿足小于3級的要求，而連鑄材達(dá)到該要求相對要難的多。解決帶狀組織的根本在于減少成分的偏析，加上與軋后適當(dāng)?shù)睦渌傧嘟Y(jié)合。（6）其它方面因?yàn)镾i在滲碳層中最易導(dǎo)致內(nèi)氧化形成“黑色網(wǎng)狀組織”缺陷，使疲勞壽命急劇降低。因此滲碳齒輪鋼有降低鋼中[Si]含量的趨勢(Si≤0．12％)，同時也加快了齒輪的滲碳速度。Ti在鋼中與N、C生成尖、棱角且非常硬的Ti(C、N)化合物，軋制時不變形并在其與基體之間造成裂紋。因此對齒輪的疲勞壽命影響較大，所以齒輪鋼不宜加較多的Ti細(xì)化晶粒或防止混晶，推薦采用A1或加少量Nb細(xì)化晶粒。 常用齒輪鋼介紹按中國汽車工業(yè)協(xié)會和中國齒輪專業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計(jì)資料，2005年中國汽車生產(chǎn)總量已達(dá)570萬輛，齒輪鋼材的消耗量約80萬t左右，近幾年來中國汽車產(chǎn)量平均每年以10％左右的速度增長，齒輪越來越成為齒輪鋼材最重要的消費(fèi)用戶。長期以來，我國齒輪鋼沿用原蘇聯(lián)的20CrMnTi材質(zhì)，這種材質(zhì)由于符合我國的資源具有成本低、工藝性能好、價格低的優(yōu)點(diǎn)且可以滿足國內(nèi)大多數(shù)齒輪材質(zhì)的要求，所以這種材質(zhì)仍占據(jù)著中國汽車齒輪鋼材的50％左右。改革開放以后，中國從美國、德國、法國、日本、意大利、韓國等國家引進(jìn)了許多車型，相應(yīng)的也引進(jìn)了國外的齒輪鋼種[23]。隨著車型的不斷增多，這些鋼種在國內(nèi)市場上占有的份額越來越大。經(jīng)過“七五”至“十五”國家重點(diǎn)的攻關(guān)項(xiàng)目，汽車行業(yè)和冶金行業(yè)共同攻關(guān)后篩選出一些常用的引進(jìn)鋼種列入了GB/T52162004標(biāo)準(zhǔn)。1. 齒輪鋼的種類與發(fā)展方向按照合金系列分類，齒輪鋼可分為CrMnTi系、Cr系、MnCr系、CrMo系、CrMnB系以及CrNiMo系，分別闡述如下：CrMnn系：主要以20CrMnTiH為主，同時根據(jù)不同車型、不同齒輪廠的加工工藝，20CrMnTm又可以分為H1，HH3等不同淬透性帶寬的子鋼號系列。Cr系齒輪鋼：鋼種為SCr420H，與中國GB/T521685標(biāo)準(zhǔn)中20CrH相比較，Mn、Cr含量均有提高，淬透性略高，用于載重卡車變速箱齒輪。CrMn系齒輪鋼：鋼種為16MnCr20MnCr25MnCr28MnCr27MnCr5，主要用于轎車齒輪，依維柯中巴車及部分引進(jìn)的重型卡車齒輪。CrMo系齒輪鋼：鋼種為SCM415H、SCM420H、SCM822H1(H2)、16CD4，20CD4，27CD4，30CD4等牌號，主要用于標(biāo)致轎車、五十鈴中巴、153中型卡車齒輪生產(chǎn)。CrMnB系齒輪鋼，品種主要是德國的ZF6(16CI16CrMnBH)， ZF7(B)(18CrMnBH、20CrMnBH)。ZF鋼是經(jīng)過B處理的CrMn系齒輪鋼。主要用于斯太爾重型卡車齒輪。B在這類鋼中的作用主要是形成球狀BN，降低鋼中固溶N量，提高鋼的韌性，而傳統(tǒng)的滲碳硼鋼中B主要起提高淬透性的作用。CrNiMo系齒輪鋼：鋼種主要為SAE8620H、SAE8627H、SAE4320H美國鋼號及ZFlA(或17CrNiMo6)德國鋼號，用于切諾基轎車、斯太爾卡車齒輪。鑒于各國資源和生產(chǎn)工藝條件的差異，每個國家和地區(qū)應(yīng)用的齒輪鋼合金系列不盡相同，例如：德國采用Mncr系列和CrMnB系列l(wèi)(16MnCr5，20MnCr5，25MnCr5，28MnCr5，ZF6，ZF7，ZF7 B)：日本應(yīng)用Cr系和CrMo系（SCr420H， SCM415H， SCM420H，SCM822H)：美國采用CrNiMo系（SAE8617H，SAE8620H)：法國采用CrNi系(19CN5)和CrMo系(20CD4，27CD4，30CD4)鋼：中國大量使用的是20CrMnTi齒輪鋼。齒輪鋼的技術(shù)發(fā)展方向應(yīng)是，降低滲碳層表面氧化傾向大的合金元素含量，添加氧化傾向小的合金元素；控制齒輪鋼中的殘余奧氏體量；減少晶界偏析元素的含量；開發(fā)和應(yīng)用噴丸表面強(qiáng)化技術(shù)，增加表面的殘余應(yīng)力；研究和開發(fā)的新型齒輪鋼必須滿足高強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)性等多種要求；由于制造齒輪時需進(jìn)行大量的切削加工，需要開發(fā)易切削齒輪鋼。 齒輪用鋼的滲碳（1）滲碳鋼的特點(diǎn)滲碳鋼[24]％~％的低碳鋼，％％。較低的碳含量能保證零件心部有良好的韌度。碳含量越高，滲碳淬火后心部強(qiáng)度越高，整個滲碳零件的強(qiáng)度也有所提高，但是增加了零件的脆性，因此，當(dāng)滲碳鋼碳含量增高時，要適當(dāng)降低滲碳層深度。為改善性能，常在滲碳鋼中加入合金元素鉻、錳、鎳、硼、鉬、釩和鈦等。鉻、錳、硼、鎳和鉬的作用是增加鋼的淬透性，以保證滲碳淬火后表面和心部都得到馬氏體組織，從而有良好的綜合力學(xué)性能，同時各元素還有其特殊作用，如含有鉻和鉬等形成碳化物的元素時，將促使面層碳含量增加，容易在滲碳層組織中出現(xiàn)大量碳化物，使?jié)B碳層性能惡化[25]。因此，用含鉻和鉬的鋼滲碳時，滲碳?xì)夥找巳跻苑乐惯^量碳化物的形成。鋼中含鎳時，滲碳后各種力學(xué)性能優(yōu)越，但工藝性能差，鍛坯要經(jīng)過復(fù)雜的熱處理后才能切削加丁，滲碳后不能直接淬火，要經(jīng)過再次加熱淬火，工藝復(fù)雜，而且價格較貴，只有載荷很大的滲碳件才選用含鎳的鋼。微量的硼可以顯著地增加鋼材的淬透性能，但是碳含量增加時，它的作用減弱，當(dāng)面層碳含量達(dá)到共析成分時，它增加淬透性能的作用幾乎消失，而且熱處理后變形較大，采用滲碳硼鋼時，要注意這些特點(diǎn)。在滲碳鋼中加入釩、鈦、鈮和鋯等元素能形成穩(wěn)定的合金碳化物，在滲碳（高溫）加熱時可以防止奧氏體晶粒長大，滲碳后可以直接淬火，淬火后得到細(xì)馬氏體組織，改善滲碳層和心部的性能[26]。碳氮共滲采用的鋼種與滲碳鋼相似，但碳氮共滲的滲層較淺，零件的心部硬度也略高。碳氮共滲的滲層表面容易出現(xiàn)異常組織（黑色網(wǎng)狀組織）。異常組．織的出現(xiàn)，降低了零件的接觸疲勞等性能。它的產(chǎn)生與鋼中合金元素的種類及．含量有關(guān)，因此選擇碳氮共滲的鋼材時，應(yīng)充分注意鋼材成分。（2）滲碳鋼的加工工藝及其對鋼材的要求滲碳鋼主要用來制造傳動齒輪[27]，其生產(chǎn)過程大致如下：熱軋鋼材鍛造（平鍛、模鍛、鍛壓機(jī)鍛造或精鍛機(jī)精鍛）鍛坯熱處理（正火、等溫退火或利用鍛熱等溫退火，目的是得到適宜的硬度和組織以利于切削加工）切削加工滲碳熱處理(包括滲碳或碳氮共滲，淬火和回火)磨內(nèi)孔或珩磨齒面質(zhì)