| 来源：钢结构门户网 www.gjgmh.com 2012-7-7 14:28:19 |
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适应高强度的要求
齿轮损伤可以分为齿根和齿面两大种别。
齿根部位承受疲惫弯曲应力，因此疲惫强度是一大题目，有时还发生冲击负荷引起的破坏。齿面的接触面内部发生最大的剪切应力，同时由于转数差产生负滑动的小齿轮侧的表面引起拉伸应力，发生龟裂缺陷，称为“凹坑”。此外还会由于生热引起的“胶合”缺陷。
为了减轻伴随晶界氧化的渗碳异常层，应减少Si、Mn、Cr等元素含量，减少晶界偏析元素P含量；强化晶界并通过增加Mo、Ni含量进步韧性。
日本各钢铁公司相继开发的高强度齿轮钢钢种及改善齿根强度的方法见表1。
表1 改善齿轮齿根强度的方法
项目改善的考虑
具体方法
合
金
化
减少渗透的异常层
减低氧化物形成元素，进步高淬透性添加非氧化性元素
减少Si、Mn、Cr含量
晶界强化
减低晶界脆化元素，添加强化晶界元素
增加Mo、Ni含量
纯净钢
减低非金属夹杂物，细化晶粒
减低P、Mn含量，灵活使用Mo、B
灵活运用残余奥氏体
在通常渗透条件下适当残存
降低氧含量，细化MnS
表面
处理
施以压缩应力
灵活运用喷丸
硬化喷丸，多级喷丸
碳含量及晶粒度控制
复合热处理
渗碳+高频淬火
为了进步钢的纯净度，添加硼和特殊元素晶界强化，并采用喷丸技术等。最近，将渗碳与高频淬火相结合控制硬化层的碳含量和奥氏体晶粒度，以进步钢的强度。通过产成压缩应力进步疲惫强度。
伴随齿根的高强度化，齿面的高强度化即进步抗凹坑的能力已经成为当务之急。开发了汽车用齿轮的高压齿轮钢。
齿轮在工作中，啮合面产生高温，需要进步抗软化能力。为此，进步Si和Cr的含量，开发出能耐300℃左右高温的抗软化钢(%)：0.18C-0.5Si-2.75Cr，以求延长抗凹坑的寿命。
其次，在抗软化处理的同时，采用渗碳一渗氮处理使残余奥氏体含量进步到30%左右，抗凹坑，并开发相应的钢种，这些数据汇总于表2。
2、 降低振动和嗓音的方法
减少汽车的振动和噪音非常重要，而齿轮的制造精度和组装精度对振动噪音有很大影响，改善硬化精加工和超级精加工的剃齿方法。
表2 改善齿轮齿面强度的方法
项目
改善的考虑
具体方法
合金设计
对齿面升温的对策
进步抗软化能力，进步高温硬度
增加Si、VC弥散分布
灵活运用残余奥氏体
进步残余奥在相变中的硬化作用
渗碳、氮化的应用
表面处理
施以压缩应力，进步硬度
灵活运用喷丸
硬化喷丸，多级喷丸
碳化物弥散分布
渗碳时的碳化物析出
高浓度渗碳
为了防止齿轮用钢的变形，渗碳时应尽量减少表面硬化钢淬透性的波动，使用恒定变形量的钢。
研究了V、Cr、AI等合金元素对氮化层硬度和深度的影响，添加这些元素使组织最佳化开发各种软氮化钢，并得到实际应用。
表3为改善软氮化钢强度的实例。在给出的例中，热处理变形和齿形误差均为渗碳淬火钢的1/3以下，而疲惫强度相同。
表3 改善软氮化钢强度的方法
项目
改善的考虑
具体方法
合金设计
氮化性能的进步
氮化层硬度的进步，保持氮化层深度
增加Cr、V、AI含量
组织的最佳化
贝氏体组织化(氮化性良好)
限制AI的含量，增加Mo含量
表面处理
施以压缩应力，进步硬度
灵活运用喷丸
硬化喷丸
3、 我国齿轮钢今后发展展看
3.1低氧齿轮用钢
随着氧含量的降低，齿轮的疲惫寿命大幅度进步。通过LF钢包精练加RH(VD)真空脱气后，模铸钢材氧含量可小于或即是15*10-6的超低氧水平。
3.2开发窄淬透性带齿轮用钢
渗碳齿轮钢要求淬透性带很窄、批量之间的波动性很小，使批量生产的齿轮的热处理质量稳定，配对啮合性能进步，延长使用寿命，冶炼窄淬透性带钢的关键在于化学成分的严格控制和成分均匀性的进步，建立化学成分于淬透性的相关式，通过计算机辅助预告和补加成分。
3.3开发易切削齿轮钢
由于汽车齿轮的产量很大，一些先进的齿轮生产企业已装备了高速程控机床，把原先分散多道的加工工序合并在一组刀具上，通过计算机进行程序控制，因此对齿轮材料的易切削性能的要求越来越高。
在传统的硫含量范围内添加0.020%-0.040%S,并通过合适的冶炼工艺改善硫化物的形态及分布状态，进步切削性能。日本等国正在研制开发无Pb含Bi、Mg、Ca等易切削齿轮钢。
3.4开发精密铸造用钢和冷挤压齿轮用钢
为了降低切削加工用度和进步生产率，国外已在发展包括出齿铸造的齿轮精密铸造技术，精密铸造钢要求在铸造加工时变形能力大，压缩变形阻力小，在渗碳时晶粒不易成长大。对齿轮钢除了要求表面无缺陷(无脱碳、无裂纹)和需要球化退火外，对钢的组织带状及硬度等都提出了严格的要求。
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