CN114807764A - 重型变速箱齿轮用高镍高钼渗碳钢、热处理和渗碳方法 - Google Patents

重型变速箱齿轮用高镍高钼渗碳钢、热处理和渗碳方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114807764A
CN114807764A CN202210474666.5A CN202210474666A CN114807764A CN 114807764 A CN114807764 A CN 114807764A CN 202210474666 A CN202210474666 A CN 202210474666A CN 114807764 A CN114807764 A CN 114807764A
Authority
CN
China
Prior art keywords
percent
heavy
less
equal
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210474666.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114807764B (zh
Inventor
皇百红
陈郧
刘昂
郭修锋
蒋路军
张峰
邓华静
李剑平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd
Original Assignee
Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd filed Critical Dongfeng Commercial Vehicle Co Ltd
Priority to CN202210474666.5A priority Critical patent/CN114807764B/zh
Publication of CN114807764A publication Critical patent/CN114807764A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114807764B publication Critical patent/CN114807764B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/32—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for gear wheels, worm wheels, or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Abstract

本发明公开了重型变速箱齿轮用高镍高钼渗碳钢、热处理和渗碳方法，按重量百分比计，该高镍高钼渗碳钢包含以下组分：C 0.18～0.24，Si≤0.010，Mn 0.20～0.30，P≤0.025，S≤0.020，Cr 0.30～0.40，Ni 2.10～2.40，Mo 0.70～0.90，Al 0.025～0.100，N 50ppm～150ppm，O≤8ppm，Cu≤0.25，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明针对以上高镍高钼渗碳钢开发出热处理和渗碳方法，以上高镍高钼渗碳钢的锻件热处理后不存在贝氏体组织，渗碳后进行淬火、回火处理，晶粒度不粗于7级，表面残余奥氏体不大于10％，表面碳化物级别不大于1级要求，晶间氧化不大于8μm，弯曲疲劳强度和接触疲劳强度得到有效提升。

Description

重型变速箱齿轮用高镍高钼渗碳钢、热处理和渗碳方法
技术领域
本发明涉及汽车零件行业及冶金技术领域，具体涉及一种重型变速箱齿轮用高镍高钼渗碳钢、热处理和渗碳方法。
背景技术
齿轮材料要求易于加工及热处理，齿面要硬，齿芯要韧，且在交变荷载和冲击荷载下有足够的弯曲强度。国内重型变速箱零件渗碳钢，一般采用国标GB/T5216 Ni～Mo系列渗碳钢规定的材料：合金元素重量百分比(wt％)中Ni≤2.0％，Mo≤0.38％，Mn≥0.40％，Cr≥0.35％，Si 0.17％～0.37％；以及中国齿轮专业协会制订标准CGMA001～1中规定的材料：合金元素重量百分比(％)中Ni≤1.90％，Mo≤0.40％，Mn≥0.40％，Cr≥0.35％，Si 0.15％～0.35％。随着零件轻量化、小型化要求的提升，齿轮材料对弯曲应力、接触应力要求提高，提升弯曲疲劳性能和接触疲劳性能需控制渗碳零件晶间氧化不大于8μm，残余奥氏体不大于10％，晶粒度不粗于7级，而现有国标材料无法满足以上要求。
发明内容
针对现有国标材料存在的问题，本发明提供一种适用于重型变速箱齿轮的高钼高镍渗碳钢，并针对该高钼高镍渗碳钢开发制造重型变速箱齿轮锻件的热处理方法、渗碳方法，使制造出的重型变速箱齿轮疲劳性能优于现有产品。
本发明提供的技术方案具体如下：
第一方面，本发明提供一种用于制造重型变速箱齿轮的高钼高镍渗碳钢，该高钼高镍渗碳钢按重量百分比计，包含以下组分：C 0.18～0.24，Si≤0.010，Mn 0.20～0.30，P≤0.025，S≤0.020，Cr 0.30～0.40，Ni 2.10～2.40，Mo 0.70～0.90，Al 0.025～0.100，N50ppm～150ppm，O≤8ppm，Cu≤0.25，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明提供的上述用于制造重型变速箱齿轮的高钼高镍渗碳钢，在钢中添加高含量的Ni和Mo，以及较低含量的Mn和Cr，控制Al/N比约为5，能够细化晶粒，保证渗碳过程中晶粒不粗于7级，为提高渗碳后零件的强韧性提供了保证。
在一些实施例中，该高钼高镍渗碳钢按重量百分比计，包含以下组分：C 0.19～0.23，Si≤0.010，Mn 0.20～0.25，P 0.015～0.020，S 0.013～0.015，Cr 0.30～0.33，Ni2.25～2.37，Mo 0.75～0.85，Al 0.060～0.070，N 122～150ppm，O 6～8ppm，Cu 0.15～0.20，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
在一些实施例中，该高钼高镍渗碳钢按重量百分比计，包含以下组分：C 0.23，Si≤0.010，Mn 0.20，P 0.015，S 0.013，Cr 0.30，Ni 2.37，Mo 0.85，Al 0.070，N 150ppm，O8ppm，Cu 0.15，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
第二方面，本发明提供一种用于制造重型变速箱齿轮的锻造方法，包括如下步骤：
正火处理：将重型变速箱齿轮锻件在930℃～950℃保温30～60min，然后在640～660℃保温不少于1小时，最后降至480～520℃保温20～60min；该重型变速箱齿轮锻件采用上述用于制造重型变速箱齿轮的高镍高钼渗碳钢；
高温回火：正火处理后的重型变速箱齿轮锻件进行710～730℃高温回火处理，然后随炉冷却至400～420℃，空冷。
该锻造方法中，930℃～950℃保温45min后于4～6min内冷却至650℃，再保温2h，可将组织转变成珠光体+铁素体；锻件经正火和高温回火处理后，能够消除高镍高钼钢锻件中存在的贝氏体组织，获得良好的切削性能，为后续齿轮的精加工提供保障。
一些实施例中，正火处理中，重型变速箱齿轮锻件加热至930℃～950℃的时间为30～45min，930℃～950℃保温的时间为30～60min，从930℃～950℃降温至640～660℃的时间为4～6min，从640～～660℃降温至480～510℃的时间为15min。
一些实施例中，高温回火的温度是715℃，高温回火的保温时间为2h。
第三方面，本发明提供一种用于制造重型变速箱齿轮的渗碳方法，包括如下步骤：
将热处理后的重型变速箱齿轮锻件进行三段式氧化；
将氧化后的重型变速箱齿轮置于连续炉中进行高温强渗处理：先在碳势0.9％～1.0％、905～910℃的强渗一区保温2～4h；再在碳势1.0％～1.05％、915～925℃的强渗二区保温2～4h；
对高温强渗处理后的重型变速箱齿轮进行降温扩散处理：先于890℃进行高温扩散，碳势0.65％～0.75％，保温30～60min；再于860℃进行低温扩散，碳势0.60％～0.70％，保温30～60min；
对降温扩散后的重型变速箱齿轮进行后处理：先将重型变速箱齿轮降温到830～840℃，淬火，随即放入-80℃处理不少于2h，进行160～180℃回火。
渗碳热处理采用三段预热渗碳热处理工艺，提高渗碳过程中的变形，渗碳后深冷工艺，减少残余奥氏体含量；经过以上渗碳方法制造的零件，晶粒度不粗于7级，表面残余奥氏体不大于10％，表面碳化物级别不大于1级要求，晶间氧化不大于8μm，不经过强力喷丸，零件的弯曲疲劳强度从1050MPa提升到1250MPa以上。
一些实施例中，三段式氧化包括：先于480～500℃下预氧化20～60min，再升温540～560℃下预氧化20～60min，最后升温至820～830℃下保温20～60min。
一些实施例中，重型变速箱齿轮在1100～1250℃锻造成型，空冷即成。
第四方面，本发明提供一种重型变速箱齿轮，该重型变速箱齿轮由重型变速箱齿轮的渗碳方法制造而成。
第五方面，本发明提供一种重型汽车，该重型汽车采用上述重型变速箱齿轮。
附图说明
图1为对比例5制造的锻件的金相组织(少量贝氏体)；
图2为本发明提供的用于制造重型变速箱齿轮的锻件热处理方法；
图3展示了对比例2制造的锻件的金相组织；
图4展示了实施例1制造的锻件的金相组织。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例中所用材料若无特别说明，均可市售获得。
本发明提供的渗碳钢，按重量百分比计，包括如下组分：C 0.18～0.24，Si≤0.010Mn 0.20～0.30，P≤0.025，S≤0.020，Cr 0.30～0.40，Ni 2.10～2.40，Mo 0.70～0.90，Al 0.025～0.100，N 50ppm～150ppm，O≤8ppm，Cu≤0.25，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。优选地，该渗碳钢按重量百分比计，包含以下组分：C 0.19～0.23，Si≤0.010，Mn 0.20～0.25，P 0.015～0.020，S 0.013～0.015，Cr 0.30～0.33，Ni 2.25～2.37，Mo0.75～0.85，Al 0.060～0.070，N 122～150ppm，O 6～8ppm，Cu 0.15～0.20，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明通过微合金元素Ni和Mo复合强化效应，提升材料强韧性，Ni能有效提升低碳马氏体和高碳马氏体组织韧性，Mo作为亲碳元素，在连续炉渗碳工艺条件下，减少晶间氧化深度，并提升渗碳后回火稳定性，以此来提升零件可靠性。设定较低Cr、Mn含量不大于0.40，Si含量不大于0.15％，也可减少渗碳热处理时的晶间氧化，提升零件弯曲疲劳特性。采用Al/N比为5，细化晶粒，保证渗碳过程中晶粒不粗于7级。
将上述渗碳钢制备成轧制品的工艺流程为：电炉或转炉初炼－LF精炼－RH真空精炼－全保护连铸－轧制成材，具体包括：
(1)初炼：采用电炉或转炉，炉温控制为1620～1670℃，出钢前进行预脱氧，1600～1650℃出钢并添加合成渣。
(2)LF精炼：降低钢液中氧元素、硫元素及夹杂物含量，其中，控制O含量小于5ppm，S含量不大于0.03％，控制精炼温度为1580～1620℃，钢包中N含量不大于60ppm，精炼时间30～50min，出钢前5～10min加入Al，出钢。
(3)RH/VD真空精炼：控制真空度小于120ppm，钢包中N含量不大于60ppm，控制炉内温度为1530℃～1650℃，真空时间15～25min，加入MnN使N含量达到120～150ppm，控制AL/N约为5。
(4)连铸：钢包至中间包长水口保护浇注，中间包液面覆盖剂保护，中间包钢水过热度控制在15～25℃。中间包至结晶器注流的浸入式水口保护浇注，结晶器液面保护渣，钢坯拉速1.1～1.20m/min，过程采用动态轻压下。
(5)轧制：钢坯或钢锭加热均温1130～1250℃，时间2～4h，开轧温度1100～1200℃，终轧温度不小于860℃。
本发明提供的将上述高镍高钼渗碳钢制备成锻件的工艺流程为：零件下料—锻造成型—锻件热处理—清理喷丸，具体包括：
(1)锻造成型：渗碳钢棒料感应加热1100～1250℃，锻造成型，空冷，得到高镍高钼渗碳钢锻件；
(2)锻件热处理工艺：将高镍高钼渗碳钢锻件用30～45min加热到930℃～950℃，保温45min，4～6min冷却至650℃保温2h，组织转变珠光体+铁素体，15min温度降低到500℃，保温30min，20min加热到715℃，保温2h，随炉冷却到400℃，空冷。
高镍高钼钢锻件经过热处理后，能够消除锻件中存在的贝氏体组织，获得良好的切削性能。
本发明提供的针对上述高镍高钼渗碳钢锻件的渗碳方法为连续炉渗碳淬火方法，具体包括：
(1)将精加工零件放入连续炉内，进行三段式预氧化：500℃下进行预氧化处理30min，升温550℃下进行预氧化30min，升温至820℃下保温30min；
(2)将氧化后的渗碳钢零件置于连续炉中进行高温强渗处理：强渗一区910℃碳势0.9％～1.0％，保温3h；强渗二区920℃，碳势1.0％～1.05％，保温3h；
(3)对高温强渗处理后的渗碳钢零件进行降温扩散处理：890℃高温扩散，碳势0.65％～0.75％，保温45min，860℃低温扩散，碳势0.60％～0.70％，保温45min；
(4)对降温扩散后的重型变速箱齿轮进行后处理：先将渗碳钢零件降温到830℃，淬火，160～180℃回火，随后深冷处理，渗碳层深度0.9～1.3mm。
以上渗碳方法中采用三段式预热渗碳热处理：500℃下进行预氧化处理30min，升温550℃下进行预氧化30min，升温至820℃下保温30min，控制加热引起的热处理变形。高温扩散温度890℃，碳势0.65％～0.75％，860℃～880℃低温扩散，碳势0.60％～0.70％，借助高温下碳原子扩散，使零件表面C含量处于0.70％～0.80％区间，可得到零件的最佳表面性能特性，表面硬度可保证HRC60以上。钢表面C含量接近共析成分0.77％，淬火时表面残余奥氏体含量20％～30％，渗碳后进行深冷处理，将表面残余奥氏体含量控制10％以下，保证零件具有良好可靠性。
本发明提供的高镍高钼渗碳钢中主要化学元素的作用：
C：保证材料的基体强度、硬度元素。当C含量大时，硬度高，切削性能变差，且在圆钢轧制过程中易产生裂纹；含量过低，零件硬度不足，耐磨性降低。因此，将C含量控制在0.18％～0.24％范围之内。
Si：Si与Mn作为共同的脱氧剂，影响钢中夹杂物的变形，同时Si在铁中的固溶度较大，能显著强化铁素体，改善基体韧性。然而，当加入过多量的Si时，钢的硬度增加，构成脱氧产物的硅氧化物是硬的，因此，刀具的使用寿命降低。因此，将Si含量控制为≤0.010％。
Mn：为了防止导致热脆性的低熔点FeS在晶界处析出，加入Mn以析出稳定的MnS，使切屑容易断裂，从而改善钢的切削性能，为了有效地获得该作用，Mn控制范围为0.20％～0.30％。
P：钢中的P固溶于铁素体中会提高硬度和强度，降低韧性，使切屑易于折断和排除，从而获得良好的加工表面光洁度。如含P量过高，则会显著降低塑性，增高硬度，反而影响钢的切削性能。此处，控制P≤0.025％，优选为0.015％～0.020％。
S：钢中加入S形成的硫化物会破坏金属基体组织的连续性，在外力作用下相当于应力集中源，减少了刀具的切削抗力，使得切削温度降低；硫化物的熔点通常较低，随着切削温度的升高而逐渐软化，具有良好的塑性变形能力，起到了润滑的作用，减少了摩擦力，减轻了切屑和刀具之间的摩擦，从而减轻了刀具的磨损；此外，硫化物还具有包裹减磨的作用，硬度较低的硫化物包裹在高硬度的氧化物表面时，减轻了刀具的磨损，同时还改善了加工表面的光洁度。但是，过多的S会与氧、铁生成共晶化合物(Fe-FeS、Fe-FeS-FeO)，在轧制时易导致开裂。因此，控制S≤0.020％，优选为0.013％～0.015％。
Cr：钢中Cr能显著提高强度、硬度和耐磨性，但是对于塑性和韧性的改善无益，本钢种加入0.30％～0.40％的Cr，在不影响钢材塑性和韧性的基础上，增强在强度方面的补给。
Al：用于对钢进行脱氧，Al还与氮结合而形成氮化物，使晶粒微小化，本发明在钢种加入0.025％～0.100％的Al，若Al含量过低，则无法有效地获得上述效果。
N：将N含量控制为50ppm～150ppm，可使Al和N充分结合形成AlN，尽可能避免AlC或Al(C,N)的形成，形成的AlN不但能够提高钢的力学性能，而且还能改善切削加工性能，效果显著。
Ni：用于提高钢的疲劳性能，减小钢对缺口的敏感性。
Mo：细化钢的晶粒，使零件在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。
杂质：是指在工业上制造钢时，从作为原料的矿石、废料、或制造环境等混入的物质，是指在不会对本实施方式的钢零件产生不良影响的范围内所容许的物质。
残余奥氏体：也称为残留奥氏体，意指在最终显微组织中显示FCC相(面心立方晶格)的区域。
以下通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，如无特殊说明，以下实施例和对比例中制造的制造重型变速箱齿轮尺寸相同：实施例1
本实施例提供一种用于制造重型变速箱齿轮的高镍高钼渗碳钢、用于制造该重型变速箱齿轮的锻造方法以及渗碳方法，该重型变速箱齿轮的渗碳层深要求为0.9～1.3mm。
本实施例提供的用于制造重型变速箱齿轮的高镍高钼渗碳钢，按重量百分比计，包含以下组分：C 0.23，Si≤0.010，Mn 0.20，P 0.015，S 0.013，Cr 0.30，Ni 2.37，Mo0.85，Al 0.070，N 150ppm，O 8ppm，Cu 0.15，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例提供的用于制造重型变速箱齿轮的锻件热处理工艺，包括如下步骤：将重型变速箱齿轮锻件在30～45min加热到930℃～950℃，保温45min，然后4～6min冷却至650℃保温2h，此时，组织转变珠光体+铁素体，最后用15min将温度降低到500℃，再500℃保温30min；最后用20min从500℃加热到715℃，再715℃保温2h，然后随炉冷却到400℃，空冷。如图4所示，本实施例锻件热处理后不存在贝氏体组织。
本实施例提供的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳工艺包括如下步骤：
(1)将热处理后的重型变速箱齿轮锻件放入连续炉内，进行三段式氧化：500℃下进行预氧化处理30min，升温550℃下进行预氧化30min，升温至820℃下保温30min，控制加热引起的热处理变形。
(2)对高温强渗处理后的重型变速箱齿轮进行降温扩散处理：高温扩散温度890℃，碳势0.65％～0.75％，860℃～880℃低温扩散，碳势0.60％～0.70％，保温45min；
(3)对降温扩散后的重型变速箱齿轮进行后处理：先将重型变速箱齿轮降温到830℃，淬火，残余奥氏体含量26％，随即放入-80℃深冷处理2h，进行160～180℃回火。最终的重型变速箱齿轮中，残余奥氏体9％，晶粒度不大于7级，渗碳层深度1.25mm。
对比例1
本对比例提供一种用于制造重型变速箱齿轮的高镍高钼渗碳钢、用于制造该重型变速箱齿轮的锻造方法以及渗碳方法，该重型变速箱齿轮的渗碳层深要求为0.9～1.3mm。
与实施例1相同的是，本对比例采用与实施例1相同的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳钢，该渗碳钢按重量百分比计，包含以下组分：C 0.19，Si≤0.010，Mn 0.25，P 0.020，S0.015，Cr 0.33，Ni 2.25，Mo 0.75，Al 0.060，N 122ppm，O 6ppm，Cu 0.20，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
与实施例1不同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的锻件热处理工艺，包括如下步骤：将重型变速箱齿轮锻件在35～45min内加热到930℃～960℃，930℃～960℃等温保温60min后4～6min内冷却至650℃保温3h。本对比例重型变速箱齿轮的锻件热处理后贝氏体组织含量为15％～20％。
对比例2
本对比例提供一种用于制造重型变速箱齿轮的高镍高钼渗碳钢、用于制造该重型变速箱齿轮的锻造方法以及渗碳方法，该重型变速箱齿轮的渗碳层深要求为0.9～1.3mm。
与实施例1相同的是，本对比例采用与实施例1相同的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳钢，该渗碳钢按重量百分比计，包含以下组分：C 0.23，Si≤0.010，Mn 0.20，P 0.015，S0.013，Cr 0.30，Ni 2.37，Mo 0.85，Al 0.070，N 150ppm，O 8ppm，Cu 0.15，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
与实施例1相同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的锻件热处理工艺，包括如下步骤：将重型变速箱齿轮锻件在30～45min内加热到930℃～950℃，保温45min；然后4～6min冷却至650℃保温2h，此时，组织转变珠光体+铁素体；再用15min将重型变速箱齿轮锻件温度降低到500℃，再500℃保温30min；最后用20min将重型变速箱齿轮锻件加热到715℃，715℃保温2h，然后随炉冷却到400℃，空冷。本对比例锻件热处理后不存在贝氏体组织。
与实施例1不同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳工艺包括如下步骤：460～500℃下进行预氧化处理，900～920℃下强渗处理，碳势0.9％～1.0％，860～880℃下高温扩散，碳势0.65％～0.75％，830～850℃下低温扩散，碳势0.65％～0.70％，降低温度830℃淬火。最终的重型变速箱齿轮中，残余奥氏体含量为残余奥氏体＞20％，晶粒度7级，晶间氧化13～17μm，表面硬度59HRC，未喷丸处理的重型变速箱齿轮弯曲疲劳强度1050MPa。
对比例3
本对比例提供一种用于制造重型变速箱齿轮的渗碳钢、用于制造该重型变速箱齿轮的锻造方法以及渗碳方法，该重型变速箱齿轮的渗碳层深要求为0.9～1.3mm。
与实施例1不同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳钢中Ni、Mo元素含量按国标GB/T5216规定添加，按重量百分比计，包含以下组分：C 0.23，Si≤0.010，Mn 0.20，P 0.015，S 0.013，Cr 0.30，Ni 3.40，Mo 0.40，Al 0.070，N 150ppm，O 8ppm，Cu0.15，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
与实施例1相同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的锻件热处理工艺，包括如下步骤：将重型变速箱齿轮锻件在30～45min内加热到930℃～950℃，保温45min；然后4～6min冷却至650℃保温2h，此时，组织转变珠光体+铁素体；再用15min将重型变速箱齿轮锻件温度降低到500℃，再500℃保温30min；最后用20min将重型变速箱齿轮锻件加热到715℃，715℃保温2h，然后随炉冷却到400℃，空冷。本对比例锻件热处理后不存在贝氏体组织。
与实施例1不同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳工艺包括如下步骤：460～500℃下进行预氧化处理，900～920℃下强渗处理，碳势0.9％～1.0％，860～880℃下高温扩散，碳势0.65％～0.75％，830～850℃下低温扩散，碳势0.65％～0.70％，降低温度830℃淬火。最终的重型变速箱齿轮中，残余奥氏体10％～15％，晶粒度5级，晶间氧化15～19μm，表面硬度56～63HRC，未喷丸处理的重型变速箱齿轮弯曲疲劳强度850MPa。
对比例4
本对比例提供一种用于制造重型变速箱齿轮的渗碳钢、用于制造该重型变速箱齿轮的锻造方法以及渗碳方法，该重型变速箱齿轮的渗碳层深要求为0.9～1.3mm。
与实施例1不同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳钢中Ni、Mo元素含量按国标GB/T5216规定添加，按重量百分比计，包含以下组分：C 0.23，Si≤0.010，Mn 0.20，P 0.015，S 0.013，Cr 0.30，Ni 3.40，Mo 0.40，Al 0.070，N 150ppm，O 8ppm，Cu0.15，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
与实施例1相同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的锻件热处理工艺，包括如下步骤：将重型变速箱齿轮锻件在30～45min内加热到930℃～950℃，保温45min；然后4～6min冷却至650℃保温2h，此时，组织转变珠光体+铁素体；再用15min将重型变速箱齿轮锻件温度降低到500℃，再500℃保温30min；最后用20min将重型变速箱齿轮锻件加热到715℃，715℃保温2h，然后随炉冷却到400℃，空冷。本对比例锻件热处理后不存在贝氏体组织。
与实施例1相同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳工艺包括如下步骤：
(1)将热处理后的重型变速箱齿轮锻件放入连续炉内，进行三段式氧化：先于500℃下预氧化处理30min，再升温至550℃预氧化30min，最后升温至820℃下保温30min，控制加热引起的热处理变形。
(2)对高温强渗处理后的重型变速箱齿轮进行降温扩散处理：高温扩散温度890℃，碳势0.65％～0.75％，860℃～880℃低温扩散，碳势0.60％～0.70％，保温45min。
(3)对降温扩散后的重型变速箱齿轮进行后处理：先将重型变速箱齿轮降温到830℃，淬火，残余奥氏体含量20％，随即放入-80℃深冷处理2h，进行160～180℃回火。最终的重型变速箱齿轮中，残余奥氏体≤5％，晶粒度5级，晶间氧化13～17μm，表面硬度59～63HRC，未喷丸处理的重型变速箱齿轮弯曲疲劳强度950MPa。
对比例5
本对比例提供一种用于制造重型变速箱齿轮的渗碳钢、用于制造该重型变速箱齿轮的锻造方法以及渗碳方法，该重型变速箱齿轮的渗碳层深要求为0.9～1.3mm。
与实施例1不同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳钢中Ni、Mo元素含量按国标GB/T5216规定添加，按重量百分比计，包含以下组分：C 0.23，Si≤0.010Mn0.20，P 0.015，S 0.013，Cr 0.30，Ni 3.40，Mo 0.40，Al 0.070，N 150ppm，O 8ppm，Cu0.15，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
与实施例1不同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的锻件热处理工艺，包括如下步骤：将重型变速箱齿轮锻件在30～45min内加热到930℃～950℃，保温45min；然后4～6min冷却至650℃保温3h。如图1所示，本对比例锻件热处理后无法获得等轴铁素体+珠光体平衡组织，局部始终存在硬度较高的贝氏体组织，约占0％～5％，影响锻件的后续切削加工性能。
对比例6
本对比例提供一种用于制造重型变速箱齿轮的渗碳钢、用于制造该重型变速箱齿轮的锻造方法以及渗碳方法，该重型变速箱齿轮的渗碳层深要求为0.9～1.3mm。
与实施例1不同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳钢中Ni、Mo元素含量按国标GB/T5216规定添加，按重量百分比计，包含以下组分：C 0.23，Si≤0.010，Mn 0.20，P 0.015，S 0.013，Cr 0.30，Ni 3.40，Mo 0.40，Al 0.070，N 150ppm，O 8ppm，Cu0.15，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
与实施例1相同的是，本对比例提供的用于制造重型变速箱齿轮的锻件热处理工艺，包括如下步骤：将重型变速箱齿轮锻件在30～45min加热到930℃～950℃，保温45min，然后4～6min冷却至650℃保温2h，此时，组织转变珠光体+铁素体，最后用15min将温度降低到500℃，再500℃保温30min；最后用20min从500℃加热到715℃，再715℃保温2h，然后随炉冷却到400℃，空冷。本对比例锻件热处理后贝氏体组织含量为0％。
表1各实施例和对比例制备的重型变速箱齿轮测试结果
Figure BDA0003624822660000161
Figure BDA0003624822660000171
\表示未测试。
本领域技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于制造重型变速箱齿轮的高镍高钼渗碳钢，其特征在于：按重量百分比计，包含以下组分：C 0.18～0.24，Si≤0.010，Mn 0.20～0.30，P≤0.025，S≤0.020，Cr 0.30～0.40，Ni 2.10～2.40，Mo 0.70～0.90，Al 0.025～0.100，N 50ppm～150ppm，O≤8ppm，Cu≤0.25，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的用于制造重型变速箱齿轮的高镍高钼渗碳钢，其特征在于：该高镍高钼渗碳钢按重量百分比计，包含以下组分：C 0.19～0.23，Si≤0.010，Mn 0.20～0.25，P 0.015～0.020，S 0.013～0.015，Cr 0.30～0.33，Ni 2.25～2.37，Mo 0.75～0.85，Al 0.060～0.070，N 122～150ppm，O 6～8ppm，Cu 0.15～0.20，V≤0.10，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.一种用于制造重型变速箱齿轮的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
正火处理：将重型变速箱齿轮锻件在930℃～950℃保温30～60min，然后在640～660℃保温不少于1小时，最后降至480～520℃保温20～60min；所述重型变速箱齿轮锻件采用权利要求1或2所述的用于制造重型变速箱齿轮的高镍高钼渗碳钢；
高温回火：正火处理后的重型变速箱齿轮锻件进行710～730℃高温回火处理，然后随炉冷却至400～420℃，空冷。
4.根据权利要求3所述的用于制造重型变速箱齿轮的热处理方法，其特征在于：所述正火处理中，重型变速箱齿轮锻件加热至930℃～950℃的时间为30～45min，930℃～950℃保温的时间为30～60min，从930℃～950℃降温至640～660℃的时间为4～6min，从640～660℃降温至480～510℃的时间为15min。
5.根据权利要求3所述的用于制造重型变速箱齿轮的热处理方法，其特征在于：高温回火的保温时间为不少于1h。
6.一种用于制造重型变速箱齿轮的渗碳方法，其特征在于，包括如下步骤：
将热处理后的重型变速箱齿轮锻件进行三段式氧化；
将氧化后的重型变速箱齿轮置于连续炉中进行高温强渗处理：先在碳势0.9％～1.0％、905～910℃的强渗一区保温2～4h；再在碳势1.0％～1.05％、915～925℃的强渗二区保温2～4h；
对高温强渗处理后的重型变速箱齿轮进行降温扩散处理：先于890℃进行高温扩散，碳势0.65％～0.75％，保温30～60min；再于860℃进行低温扩散，碳势0.60％～0.70％，保温30～60min；
对降温扩散后的重型变速箱齿轮进行后处理：先将重型变速箱齿轮降温到830～840℃，淬火，随即放入-80℃处理不少于1h，然后进行160～180℃回火。
7.根据权利要求6所述的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳方法，其特征在于：所述三段式氧化包括：先于480～500℃下预氧化20～60min，再升温540～560℃下预氧化20～60min，最后升温至820～830℃下保温20～60min。
8.根据权利要求6所述的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳方法，其特征在于：所述热处理采用权利要求3～5任一项所述的用于制造重型变速箱齿轮的热处理方法。
9.一种重型变速箱齿轮，其特征在于：由权利要求6～8任一项所述的用于制造重型变速箱齿轮的渗碳方法制造而成。
10.一种重型汽车，其特征在于：采用权利要求9所述的重型变速箱齿轮。
CN202210474666.5A 2022-04-29 2022-04-29 重型变速箱齿轮用高镍高钼渗碳钢、热处理和渗碳方法 Active CN114807764B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210474666.5A CN114807764B (zh) 2022-04-29 2022-04-29 重型变速箱齿轮用高镍高钼渗碳钢、热处理和渗碳方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210474666.5A CN114807764B (zh) 2022-04-29 2022-04-29 重型变速箱齿轮用高镍高钼渗碳钢、热处理和渗碳方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114807764A true CN114807764A (zh) 2022-07-29
CN114807764B CN114807764B (zh) 2023-03-28

Family

ID=82510835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210474666.5A Active CN114807764B (zh) 2022-04-29 2022-04-29 重型变速箱齿轮用高镍高钼渗碳钢、热处理和渗碳方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114807764B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101652494A (zh) * 2007-10-24 2010-02-17 新日本制铁株式会社 在高温下的面压疲劳强度优异的渗碳氮化高频淬火钢部件及其制造方法
CN109963959A (zh) * 2018-10-02 2019-07-02 日本制铁株式会社 渗碳用钢板和渗碳用钢板的制造方法
CN113913685A (zh) * 2021-09-03 2022-01-11 东风商用车有限公司 用于高温渗碳的Cr-Mo钢及其渗碳方法、渗碳零部件
CN114164330A (zh) * 2021-12-02 2022-03-11 南京钢铁股份有限公司 一种齿轮钢20MnCr5热处理方法
CN114346625A (zh) * 2021-12-07 2022-04-15 常熟天地煤机装备有限公司 一种重载大渗层齿轮及其制备方法和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101652494A (zh) * 2007-10-24 2010-02-17 新日本制铁株式会社 在高温下的面压疲劳强度优异的渗碳氮化高频淬火钢部件及其制造方法
CN109963959A (zh) * 2018-10-02 2019-07-02 日本制铁株式会社 渗碳用钢板和渗碳用钢板的制造方法
CN113913685A (zh) * 2021-09-03 2022-01-11 东风商用车有限公司 用于高温渗碳的Cr-Mo钢及其渗碳方法、渗碳零部件
CN114164330A (zh) * 2021-12-02 2022-03-11 南京钢铁股份有限公司 一种齿轮钢20MnCr5热处理方法
CN114346625A (zh) * 2021-12-07 2022-04-15 常熟天地煤机装备有限公司 一种重载大渗层齿轮及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114807764B (zh) 2023-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107604250B (zh) 一种重型卡车变速器齿轮用21MnCrMoS钢及其制造方法
CN108342640B (zh) 一种高淬透性齿轮钢及其制造方法
CN105886933B (zh) 一种高抗回火软化性和高韧性的热作模具钢及其制造方法
CN109321712A (zh) 一种高淬透性渗碳齿轮用20CrNiB钢
CN110373607B (zh) 一种高温渗碳钢、高温渗碳钢构件以及其制备方法
KR101464712B1 (ko) 템퍼링 연화 저항성이 우수한 강 부품
WO2022160720A1 (zh) 一种球笼式万向节保持架用钢及其生产方法
CN107587079A (zh) 含氮微合金化弹簧钢及其制备方法
KR20230159857A (ko) 고온 침탄 기어 샤프트용 스틸 및 그 제조방법
CN114959415A (zh) 一种微合金化风电变速箱齿轮钢的制造方法
CN111893382B (zh) 一种食品用链条不锈钢及其制备方法
CN114134398A (zh) 一种屈强比为0.70-0.80的胀断连杆钢及制造方法
WO2023165611A1 (zh) 一种在高废钢比下冶炼的高强韧耐蚀水下采油树阀体用钢及其热处理方法和生产方法
CN114807764B (zh) 重型变速箱齿轮用高镍高钼渗碳钢、热处理和渗碳方法
CN114752848B (zh) 一种高淬透性齿轮用钢及其制造方法
CN114457283B (zh) 一种高硅含钒、钛不锈钢刀剪材料及其制备方法
CN115094307A (zh) 一种电渣重熔用热作模具钢连铸圆坯及其生产工艺
JPS62274052A (ja) 軸受用肌焼鋼
JP4280923B2 (ja) 浸炭部品又は浸炭窒化部品用の鋼材
CN112143980A (zh) 一种工业叉用钢27SiMn2及其制备方法
CN113106334A (zh) 一种rv减速器摆线轮用钢及其制备方法
CN110904388A (zh) 一种挖掘机履带钢BG45MnCrB及其制备方法
CN115537678B (zh) 一种高温渗碳齿轮用钢及其制造方法
JP2005307257A5 (zh)
CN116121629B (zh) 一种齿轮钢18CrNiMo7-6的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant