我國齒輪行業(yè)新材料新工藝的創(chuàng)新

1、Word - 6 -我國齒輪行業(yè)新材料新工藝的創(chuàng)新 國外先進(jìn)水平的車橋保修期為100萬150萬km，而國內(nèi)重載驅(qū)動(dòng)橋的保修期為10萬km。另外，國內(nèi)重型車橋精度低、噪聲大，已成為重卡用戶的一大苦惱，與國際先進(jìn)水平差距很大。 從商用車供應(yīng)鏈系統(tǒng)來看，車橋制造商與其他零部件廠商一樣，正患病著來自主機(jī)廠以及鋼材、油、煤等原材料漲價(jià)的雙重壓力。2021年驅(qū)動(dòng)橋企業(yè)的選購成本分別同比增長10.7%，但銷售價(jià)僅增長1.4%，根本無法彌補(bǔ)原材料上漲的成本壓力。 因此，我國商用車驅(qū)動(dòng)橋制造業(yè)圍繞提高精度，延長使用壽命，降低制造成本，大力綻開科技創(chuàng)新，創(chuàng)立具有自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)的制造技術(shù)，已成為行業(yè)進(jìn)展的必定趨勢。

2、一、自主創(chuàng)新的技術(shù)成果與進(jìn)展 1.稀土催滲技術(shù) 對驅(qū)動(dòng)橋齒輪彎曲疲憊壽命影響最大的因素有4個(gè)；心部硬度、嚙合精度、滲層對齒輪心部的壓應(yīng)力，以及齒根部位的非馬組織。采納Cr-Mn-Ti系齒輪鋼，代替Cr-Ni-Mo系齒輪鋼是解決鋼材選購成本問題的惟一途徑。按2021年5月價(jià)格，由國外引進(jìn)且國內(nèi)常用的17CrNiMo6H、20CrNi2MoH鋼材價(jià)為1300011000元/t，淬透力量與之相同的Cr-Mn-Ti系齒輪鋼材價(jià)格為50006000元/t。 Cr-Mn-Ti系齒輪鋼惟一的缺點(diǎn)是抗內(nèi)氧化的力量低，按常規(guī)滲碳工藝，齒根部位非馬組織0.030.05mm，達(dá)不到0.02mm的要求；而齒根非馬組織

3、太高，降低了齒輪表層對心部的壓應(yīng)力。哈工大與哈匯隆齒輪廠合作，采納稀土催滲工藝，勝利地解決了這一難題；將457錐齒輪齒根部位的非馬組織掌握在0.02mm以內(nèi)，所用鋼材為Cr-Mn-Ti系。目前，哈工大的稀土催滲技術(shù)已取得國家創(chuàng)造專利。該專利技術(shù)使得我國建立自己的Cr-Mn-Ti齒輪用鋼合金化體系成為可能。 2.重載驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪Cr-Mn-Ti齒輪鋼的應(yīng)用 重載驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪及工業(yè)齒輪的特點(diǎn)是，齒輪的截面大，齒輪淬火所產(chǎn)生的熱應(yīng)力對齒輪的熱后變形影響大。為減輕熱應(yīng)力對齒輪嚙合精度的影響，歐洲重載工程用車生產(chǎn)廠應(yīng)對的措施是： （1）降低齒輪用鋼的含碳量馬氏體的比體積與鋼材的含碳量有關(guān)，含碳量越高，齒

4、輪心部發(fā)生馬氏體相變產(chǎn)生的體積效應(yīng)越大，齒輪的熱后變形越大。為減小齒輪的熱后變形，應(yīng)盡量降低鋼材的含碳量。歐洲重載驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪和工業(yè)齒輪用鋼均為17CrNiMo6H，含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.14%0.20%。 （2）提高齒輪鋼材的淬透力量重載驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)錐齒輪用鋼淬透性J25=3441HRC，德國弗蘭德公司的工業(yè)齒輪用鋼的淬透性J30=3441HRC。 （3）降低淬火冷卻速度采納冷卻強(qiáng)度較低的分級淬火油，減小熱應(yīng)力。 CGMA001-12021車輛齒輪鋼選購標(biāo)準(zhǔn)，其中的20CrMnTiH6鋼是用于重載驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)錐齒輪的試用鋼種。生產(chǎn)實(shí)踐證明，該鋼種用于重載驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)錐齒輪不是好的選擇，緣由如下：

5、 第一，根據(jù)上述歐洲的技術(shù)方案，為減小熱應(yīng)力，應(yīng)當(dāng)采納分級淬火油淬火，配用鋼材的淬透性應(yīng)為J25=3441HRC。20CrMnTiH6鋼淬透性為J25=3036HRC，若采納分級淬火油，齒輪心部淬火硬度為3036HRC，達(dá)不到3441HRC的要求。其中心部硬度低于32HRC的錐齒輪，10萬km的保修期未到，就會(huì)消失早期斷齒。 其次，由于20CrMnTiH6鋼的淬透性低，為保障齒輪心部硬度能達(dá)到3441HRC，齒輪廠只能采納快速淬火油，將齒輪心部淬火冷速由J25提高到J15。其后果是：齒輪淬火冷速快，產(chǎn)生的熱應(yīng)力大，熱后變形大。 第三，由于20CrMnTiH6鋼的合金量較低，為使鋼的淬透性達(dá)到J

6、15=3441HRC的要求，實(shí)際含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）應(yīng)提高到0.21%0.23%。 目前，一汽集團(tuán)重載驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪用鋼為22CrNiMoH、22CrMoH，含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.19%0.25%。與歐洲齒輪行業(yè)采納的17CrNiMo6H鋼相比，我國重載驅(qū)動(dòng)橋齒輪用鋼材的含碳量高。錐齒輪淬火冷速快，熱應(yīng)力大。鋼材含碳量高，馬氏體相變的體積效應(yīng)高，是錐齒輪嚙合精度低、噪聲高的重要緣由。 目前，我國提高齒輪嚙合精度、降低噪聲只能靠“磨齒”，磨削量0.100.30mm。據(jù)報(bào)道，磨齒能提高嚙合精度，但對降低噪聲效果不佳。采納“珩齒”工藝既能提高齒輪的嚙合精度，又能顯著降低噪聲，磨削量0.020.05mm

7、，成本是磨齒工藝的一半。采納“珩齒”工藝的先決條件是齒輪熱后變形不能太高。因此，降低淬火冷速，采納低碳高淬透性齒輪用鋼材，降低齒輪的熱后變形，為執(zhí)行“珩齒”工藝制造條件，是必需實(shí)行的措施。 2021年曾有人提出：用17Cr2Mn2TiH鋼代替國外引進(jìn)的Cr-Ni-Mo系重載驅(qū)動(dòng)橋齒輪用鋼；鋼的淬透性J25=3441HRC；可采納729分級淬火油。鋼材的含碳量、淬透性均與17CrNiMo6H鋼相同，可全部吸取歐洲齒輪行業(yè)的先進(jìn)閱歷。雙駿、株齒、匯豐齒輪廠用17Cr2Mn2TiH2齒輪鋼代替22CrMoH鋼，用于153驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)錐齒輪；用17Cr2Mn2TiH3鋼代替20CrNi3H、22CrNi

8、MoH鋼，用于457驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)錐齒輪，共生產(chǎn)50000套驅(qū)動(dòng)橋齒輪。EQ153N2B橋臺架壽命考核結(jié)果：日產(chǎn)柴標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：輸出扭距30000Nm，輸出10萬次合格。17Cr2Mn2TiH2主動(dòng)錐齒輪輸出扭距30000Nm，輸出4050萬次齒斷，大大超過日產(chǎn)柴標(biāo)準(zhǔn)要求，并且齒輪嚙合精度高，噪聲低。株齒用17Cr2Mn2TiH與22CrNiMoH對比試驗(yàn)，用于457橋主動(dòng)錐齒輪，臺架壽命相當(dāng)，跟蹤跑車試驗(yàn)未見特別。從20212021年，5萬套主動(dòng)錐齒輪投放市場，至今沒有消失錐齒輪失效的信息返回。鑒于上述勝利的試驗(yàn)，17Cr2Mn2TiH鋼將納入新標(biāo)準(zhǔn)，作為試用鋼，用于153、457、460、485、

9、500重載驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪用鋼，以進(jìn)一步在實(shí)踐中考核、完善重載驅(qū)動(dòng)橋齒輪用鋼。 將重載驅(qū)動(dòng)橋齒輪用鋼的含碳量降低，在齒輪鋼的成分設(shè)計(jì)中，受滲層淬透性的制約，不行能將齒輪鋼的含碳量降的過低。17Cr2Mn2TiH鋼和17CrNiMo6H鋼齒輪滲碳淬火后往往殘留奧氏體超標(biāo)，齒面硬度達(dá)不到5862HRC的要求，齒輪的接觸疲憊壽命變壞。目前，國外解決這個(gè)問題的方法有兩個(gè)：方法一是齒輪滲碳空冷+高溫回火+二次加熱淬火；方法二是降低集中區(qū)碳勢，滲碳后直接淬火。我國研發(fā)勝利的稀土催滲技術(shù)，齒輪滲層中由于存在超細(xì)的碳化物顆粒，不必降低滲碳碳勢，滲碳后可直接淬火而不會(huì)發(fā)生滲層殘留奧氏體組織超標(biāo)、齒面硬度低問題。 3

10、.工業(yè)齒輪Cr-Mn-Ti鋼及稀土催滲技術(shù)的應(yīng)用 工業(yè)齒輪比重載商用車驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪模數(shù)更大。主要用鋼為17CrNiMo6H。2021年5月該鋼種齒胚的選購價(jià)為12000元/t。據(jù)東力集團(tuán)的上市報(bào)告，工業(yè)齒輪行業(yè)同樣難以承受鋼材漲價(jià)的壓力。用17Cr2Mn2TiH鋼代替17CrNiMo6H，齒坯的選購價(jià)可降低到9158元/t，降低成本23.7%，隨選購量增大，齒坯選購成本還能降低。 目前，國內(nèi)有關(guān)工業(yè)齒輪傳動(dòng)設(shè)備廠已開頭進(jìn)行該鋼種的試驗(yàn)。附表為17Cr2Mn2TiH和17CrNiMo6H鋼的淬透性能對比： 兩個(gè)鋼種的淬透力量完全相同。用新鋼種代替國外鋼種，齒輪的心部淬火硬度能達(dá)到3541HRC的最佳水平，從而保證齒輪有足夠的抗彎曲疲憊強(qiáng)度和最小的熱后變形。新鋼種齒輪的滲碳，采納稀土催滲技術(shù)，能保證齒根非馬組織同17CrNiMo6H鋼齒輪相同。滲碳層中高度彌散的碳化物，不僅大大提高齒輪的耐磨力量，細(xì)小碳化物所造成的“碳元素的爬坡效應(yīng)”，使?jié)B碳層碳化物顆粒四周的孿晶馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹刑及鍡l馬氏體，大大降低疲憊裂紋的擴(kuò)張速度。稀土催滲技術(shù)應(yīng)用于20Cr2Ni4H工業(yè)齒輪，經(jīng)鄭州機(jī)械所的臺架試驗(yàn)證明，齒輪的接觸疲憊壽命在高接觸應(yīng)力（2300MPa）下提高2.6319倍，而在2100MPa較低應(yīng)力下提高3.66