國外齒輪鋼發(fā)展是在通用的齒輪鋼基礎(chǔ)慢慢開發(fā)的,由于各國礦產(chǎn)資源和生產(chǎn)情況不同,其齒輪鋼合金系也大不相同。德國以Mn-Cr系(16-28MnCr5)、ZF系(Mn-Cr-B)為主,日本的主要是Cr系(SCr415H、SCr420H)、Cr-Mo系(SCM415H、SCM420H、SCM822H),美國以Cr-Ni-Mo系(SAE4320H、SAE8620H、SAE861 SH、SAE8720H)為主、法國齒輪鋼的蛀牙品種為Cr-Mo系(20-30CD4),意大利主要為Cr-Ni-Mn系(19CN5)等。不同系列齒輪鋼都以碳含量為核心,根據(jù)淬透性要求的不同,都有各自的鋼種與之對應(yīng)。近年來齒輪鋼在繼續(xù)保持發(fā)揮現(xiàn)有鋼種的潛力、不斷提高生產(chǎn)效率外,還不斷在開發(fā)適用面更廣、綜合性能更好的鋼種,比如超低氧齒輪鋼、易切削齒輪鋼、超細(xì)晶粒滲碳鋼等。國外比較先進(jìn)齒輪鋼大都具有以下特點(diǎn):
1.根據(jù)齒輪的使用環(huán)境、尺寸形狀、大小選擇不同的鋼號,例如奧迪汽車變速箱的主、從動齒輪就分別選用4221、4129和4125鋼號。
2.淬透性范圍窄。普遍為7~8HRC。同一批投料要波動范圍在4HRC以內(nèi)。主要是為了避免齒輪熱處理后的變形。D1N17210中的規(guī)定遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有這么嚴(yán)格,淬透性帶也要比國內(nèi)齒輪鋼的的規(guī)定窄很多。
3.鋼中[S%]控制在0.020~0.035。這是為了滿足鋼材的切削性能,而國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)一般指規(guī)定了[S%]的上限。
4.[Si%]要求很嚴(yán)格,要求[Si%]≤0.12。主要為了改善滲碳層組織和性能。嚴(yán)格程度要高于DIN7210(0.15~0.35)和國標(biāo)(0.17~0.37)。
5.通過控制鋼中[Al%]來控制晶粒度,波動范圍為0.020~0.055。國內(nèi)生產(chǎn)20CrMnTi則是通過添加Ti來達(dá)到細(xì)化晶粒的目的,但是加Ti會形成難以變形TiN夾雜而縮短接觸疲勞壽命??梢杂娩X控制晶粒度來避免這種缺點(diǎn)。
6.對鋼的純凈度要求高。為了保證鋼的純凈度,氧含量通常要求小于15 ppm。主要是為了提高齒輪的疲勞壽命。通常用K法來評定鋼中夾雜物。。
國外齒輪鋼生產(chǎn)工藝基本可以分為兩種:一種是以日本山陽為代表的雙精煉、連鑄超純工藝路線,即EF+LF+RH+CC,可以將鋼中T.O控制在10ppm以下,有效的降低了鋼中夾雜物總量,是目前世界上最為先進(jìn)的工藝路線。另一種工藝路線西歐、美國等普遍采用的單精煉工藝路線,這種工藝路線可將鋼中T.O降至20ppm以下,氧含量控制不如雙精煉,但工藝流程較短是其優(yōu)點(diǎn)。利用這兩種工藝路線,發(fā)達(dá)工業(yè)國家有效的提高了齒輪鋼的抗疲勞壽命,淬透性帶寬也可以有效的控制在4~7HRC。
日本山陽的雙精煉、連鑄工藝為:90t UHP EAF(80MVA)—LF—RH(140t)—CC
日本大同的生產(chǎn)工藝路線為:70t EAF×4—90t LF×2—70tRH×2-CC。
對于淬透帶寬的控制,主要方法有兩種:主元定點(diǎn)控制、壓窄各元素實(shí)際成分范圍。利用內(nèi)控,控制不同爐次之間的成分波動,并結(jié)合連鑄工藝可以有效降低元素偏析,將淬透帶寬控制在到4~7HRC。
——本文摘自論文文獻(xiàn)綜述