我國70%的齒輪鋼用于車輛動力傳動系統(tǒng),處于主導(dǎo)地位的仍然是傳統(tǒng)的20CrMnTi鋼。雖然近年來我國也引進了多國齒輪鋼生產(chǎn)線,形成了Cr、CrMo、MnCr、CrNMio等系列的齒輪鋼品種,但是產(chǎn)品質(zhì)量(如氧含量、晶粒度、淬透性帶寬以及變形)亟待提升,高端產(chǎn)品所占比例很小。

對于動力傳動部件,其減重壓力要比車身和懸架小得多。汽車零部件,如傳動齒輪必須滿足復(fù)雜的設(shè)計要求,這種鍛造零件表面往往經(jīng)過滲碳和淬火處理來提高其表面硬度,具有優(yōu)異的耐磨性和抗疲勞性能。熱處理工序是這類零件生產(chǎn)的主要成本支出(占總成本的40%),通過提高滲碳溫度而減少熱處理時間的任何方法都有利于降低生產(chǎn)成本,同時也減少二氧化碳的排放量。鈮是細化晶粒的最有效的微合金化元素。如典型的滲碳鋼16MnCr5鋼(歐標10084)經(jīng)不同的微合金化(Nb,T,iAl)處理后,Nb和Ti可有效地穩(wěn)定晶粒尺寸,把滲碳溫度提高到1050以上。按照美國標準,晶粒細化兩個指數(shù)點材料抗疲勞性能提高50%左右=。均勻分布的晶?？梢愿纳撇牧系臋C械性能,尤其是減小硬化時的形變量,可以減少機加工而降低生產(chǎn)成本。

日本新開發(fā)的表面滲碳鋼的典型化學(xué)成分為0.2%C-0.10%Si-0.50%Mn-1.0/2.0%Cr-0.0015%B-0.05%Nb。與SCr420鋼相比,為了降低鋼熱軋態(tài)的硬度,降低了C、Si和Mn,控制硼的加入量和鉻的含量水平來調(diào)整鋼的淬透性,通過加入鈮來防止?jié)B碳時的晶粒粗化。由于NbC的釘扎作用,含鈮鋼可以用比不含鈮的鋼高很多的滲碳溫度進行滲碳處理。不同Nb含量的齒輪鋼高溫滲碳后的疲勞強度如圖6所示。在要求同樣滲碳深度時,減少了處理時間而使成本大大降低,同時還減少了滲碳件的變形。新開發(fā)鋼與SCr420鋼在不同滲碳溫度下的奧氏體晶粒尺寸,新開發(fā)鋼具有良好疲勞性能,并且平均韌性水平幾乎提高1倍。

德國DeutscheEdelstahlwerkeGmbh公司和大眾汽車公司[22]也對齒輪和傳動軸件用的VW4521+Nb鋼進行了高溫滲碳工藝的研究,。將滲碳溫度從980提高到1050可使處理時間從4h縮短到25h,大大提高了生產(chǎn)效率,而機械性能與VW4521相當。該鋼種正在大眾汽車公司進行臺架試驗,并將納入新標準。

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