浅述汽车渗碳齿轮钢的性能

赵生莲

摘 要： 本文从淬透性、纯净度、晶粒度、带状组织等方面介绍了汽车渗碳齿轮的性能，旨在对工业实际生产有一定的参考价值。

关键词： 淬透性 纯净度 晶粒度 带状组织 渗碳齿轮

轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件，能将一根轴的转动传递给另一根轴，也可以实现减速、增速、变向和换向等动作。汽车上要用到很多齿轮，如发动机上的皮带齿轮，变速箱内的行车变速齿轮，差速器内的齿轮，球笼上的齿轮，仪表里面的齿轮，玻璃升降机内的齿轮，方向机内的齿轮，座椅移动的齿轮等，因此，齿轮对汽车来说是一个很重要的机械元件。

1.引言

齿轮的制造材料和热处理过程对齿轮的承载能力和尺寸重量有很大影响。20世纪50年代前，齿轮多用碳钢，60年代改用合金钢，而70年代多用表面硬化钢。按硬度，齿面可区分为软齿面和硬齿面两种。软齿面的齿轮承载能力较低，但制造比较容易，跑合性好，多用于传动尺寸和重量无严格限制，以及小量生产的一般机械中。因为配对齿轮中，小轮负担较重，所以为使大小齿轮工作寿命大致相等，小轮齿面硬度一般要比大轮高。硬齿面齿轮的承载能力强，它是在齿轮精切之后，再进行淬火、表面淬火或渗碳淬火处理，以提高硬度。但在热处理中，齿轮不可避免会产生变形，因此热处理之后须进行磨削、研磨或精切，以消除因变形产生的误差，提高齿轮的精度。制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢。铸钢的强度比锻钢稍低，常用于尺寸较大的齿轮；灰铸铁的机械性能较差，可用于轻载的开式齿轮传动中；球墨铸铁可部分代替钢制造齿轮；塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方，与其配对的齿轮一般用导热性好的钢齿轮。未来齿轮正向重载、高速、高精度和高效率等方向发展，并力求尺寸小、重量轻、寿命长和经济可靠。

2.汽车渗碳齿轮钢的性能

渗碳钢指经过渗碳热处理后使用的低碳合金钢，主要用于冲击条件下的零件。

汽车渗碳齿轮钢主要是低碳合金钢，其中Cr钢、Mn钢和Mo钢用于次要和小尺寸齿轮，Cr-Mn钢、Cr-Mo钢、Cr-Ni钢和Cr-Ni-Mo钢用于较大尺寸的重要齿轮。

（1）淬透性

淬透性指在标准条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力，深度越大，钢的淬透性越大。钢的淬透性是汽车渗碳齿轮钢的重要性能指标之一，主要是保证不同大小齿轮的心部硬度，且有利于控制齿轮热处理变形。淬透性的主要影响因素是钢的含碳量及合金元素的含量。可以通过控制钢中对淬透性影响大的元素，如C、Mn、Mo、Ni等元素的含量得到一个合适的淬透性。目前对淬透性带的控制：国际水平是4HRC～6HRC，国际先进水平是不大于4HRC；国内钢厂普遍达到的水平是6HRC～8HRC，有些特钢厂已达到4HRC～6HRC国际水平。

（2）纯净度

钢中有害元素S、P、N、O、H等的存在，会在钢中形成硫化物、氮化物、氧化物等，它们都会降低钢的力学性能，特别是降低塑性、韧性及疲劳强度，严重时还会使钢在热加工和热处理时产生裂纹，或使用时突然脆断，非金属夹杂物促使钢形成热加工纤维组织和带状组织，使材料具有各向异性，从而影响汽车渗碳齿轮的使用寿命。

生产实践及试验表明，影响汽车渗碳齿轮钢疲劳性能的关键因素在于钢中的Al2O3氧化物夹杂的数量及尺寸。目前，国内外对齿轮钢氧含量的要求控制在20×10-6以下，国际先进水平是齿轮钢氧含量在12×10-6以下。

（3）晶粒度

对细晶粒金属来说，不但强度、硬度高，而且塑性好。晶粒大小是汽车渗碳齿轮钢的一项重要指标，热处理时，得到的奥氏体晶粒越细，淬火后得到的马氏体晶粒越细，汽车齿轮的性能越好，特别是疲劳性能得到明显改善。汽车渗碳齿轮钢晶粒度要求≥6级，通常在冶炼时控制钢中残余Al含量达到细化晶粒的目的。

目前国际上为获得高温（>930℃）渗碳齿轮，在钢中有目的地加入合金元素Nb、V、Zr等强碳化物形成元素，在钢中形成特殊碳化物，且这些元素能起到细化晶粒的作用，钢的晶粒度≥8级。

（3）带状组织

带状组织是汽车渗碳钢的组织缺陷。带状组织的存在使齿轮呈现各向异性，严重时横向塑性仅为纵向的一半，并使冲击韧度大为降低。并且会增加淬火的变形倾向，影响齿轮的尺寸精度。因此，汽车渗碳齿轮钢的带状组织要求不大于3级。

3.结语

本文主要从淬透性、纯净度、晶粒度、带状组织等方面介绍汽车渗碳齿轮的性能，对工业实际生产有一定的参考价值。

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