佛山市里水GCr15軸承鋼腐蝕檢測鹽霧測試機構

齒輪在工作時，長期受到變載荷的沖擊力、接觸應力、脈動彎曲應力及摩擦力等多種應力的作用，還受到加工精度、裝配精度、外來硬質點的研磨等多種因素的影響，是極易損壞的零件，因此要求齒輪鋼具有較高的強韌性、疲勞強度和耐磨性。為了生產出優質齒輪鋼，一方面要求鋼廠為用戶提供淬透性穩定且適應用戶工藝要求的齒輪鋼產品，另一方面齒輪廠也要優化現有工藝，引進新工藝來提高齒輪的質量。

與日本、德國、美國生產的齒輪鋼相比，中國齒輪鋼存在的差距主要是：鋼的牌號未形成系列化，產品標準落后；鋼的淬透性帶較寬，國外鋼的淬透性帶已經達到4HRC，而中國在6-8HRC左右，并且不夠穩定；鋼的純凈度較低，從日本、德國、奧地利等國進口的齒輪鋼，其氧含量波動在（7-18）×10-6，中國在（15-25）×10-6左右，并且非金屬夾雜物彌散程度不夠，分布不均，大顆粒夾雜物較多；晶粒度要求不同，中國齒輪鋼晶粒度級別一般要求5-8級，而日本特別強調滲碳齒輪鋼的晶粒度應不粗于6級；日本開發了低硅抗晶界氧化滲碳鋼系列，可使晶界氧化層降低到≤5μm，而SCM420H等Cr-Mo鋼為15-20μm；平均使用壽命短，單位產品能耗大，勞動生產率低。此外，在軋制過程中如何保證疏松等低倍缺陷在很小且芯部范圍內，也是中國未曾研究的領域，因為低倍組織缺陷會對零件后續加工以及熱處理變形帶來很多不利影響。

目前，中國汽車用齒輪鋼的主體鋼種仍是20CrMnTi，該鋼種通常采用氣體滲碳工藝，由于滲碳氣氛中氧化性氣體的存在，導致滲層中對氧親和力較大的元素Si、Mn、Cr在晶界處發生氧化，形成晶界氧化層。晶界氧化層的發生會導致滲層Si、Mn、Cr等合金元素固溶量下降，降低滲層的淬透性，從而降低滲層的硬度并導致非馬氏體組織的產生，進而顯著降低齒輪的疲勞性能。為解決這一問題可以采用兩種手段：

1）采用特殊的熱處理工藝。真空滲碳可降低滲碳氣氛中的氧勢，從而可以較為有效地減小滲碳層晶界氧化的發生程度；稀土滲碳工藝也可以降低晶界氧化程度，由于稀土優先在工件表面富集并擇優沿鋼的晶界擴散，而且與氧的親合力遠比Si、Mn、Cr高得多，它將優先與氧結合,阻礙氧原子繼續向內擴散，從而有助于減輕非馬氏體組織的產生。

2）通過合金設計，開發抗晶界氧化的齒輪鋼。Ni、Mo具有很強的抗氧化能，Cr元素次之，Mn抗氧化能力弱，而Si的抗氧化能力最弱（Si氧化傾向是Cr、Mn的10倍）。因此為減小晶界氧化并保證淬透性，在齒輪鋼成分設計時，應適當降低易氧化元素的含量，特別是Si的含量，相應地提高難氧化元素Ni、Mo的含量。據報道，將Si、Mn、Cr分別控制在0.05%、0.35%、0.01%可以完全抑制表面組織異常，而且即使在1000℃也很少有晶界氧化的發生。

為滿足汽車行業高性能以及輕量化的發展要求，未來應重點開發：淬透性帶窄的齒輪鋼、超低氧滲碳鋼、低晶界氧化層滲碳鋼、超細晶粒滲碳鋼、提高高溫硬度和高溫抗軟化滲碳鋼、易切削齒輪鋼、冷鍛齒輪用鋼等。