軟氮化析出硬化高強(qiáng)度熱鍛齒輪用鋼

1前言

近年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的普及，對(duì)汽車齒輪等零部件的尺寸精度、靜音性的要求越來(lái)越高。此外，對(duì)省略齒輪研磨加工工序也提出了要求。因此，對(duì)低變形軟氮化處理高強(qiáng)度鋼的需求不斷增加。但是傳統(tǒng)齒輪鋼部件軟氮化后的疲勞強(qiáng)度低，所以其用途受到局限。為此，JFE鋼鐵對(duì)軟氮化用鋼的高強(qiáng)度化進(jìn)行了研究，開發(fā)出具有優(yōu)良疲勞強(qiáng)度的軟氮化析出硬化高強(qiáng)度熱鍛齒輪用鋼。

2開發(fā)鋼的特點(diǎn)

本開發(fā)鋼的應(yīng)用目標(biāo)是汽車、建產(chǎn)機(jī)械的齒輪、軸類等零部件。這些零部件通常是對(duì)JIS機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的鉻鋼（SCr420）等進(jìn)行熱鍛、切齒、軟氮化制造而成。表1是開發(fā)鋼和SCr420鋼的化學(xué)成分。開發(fā)鋼中添加V等碳氮化物形成元素，不僅使部件表層產(chǎn)生析出硬化，而且使氮從表層擴(kuò)散到部件芯部也產(chǎn)生析出硬化。此外，開發(fā)鋼中還添加Mn、Cr、Mo等提高淬透性的元素，以及鋼的低C、低Si化，使開發(fā)鋼熱鍛后的組織為低碳貝氏體。這使得開發(fā)鋼在提高軟氮化析出硬化性的同時(shí)，提高了切削性。

3開發(fā)鋼的性能

觀察開發(fā)鋼和SCr420熱

鍛后的光學(xué)顯微鏡組織發(fā)現(xiàn)，開發(fā)鋼的組織是貝氏體，維氏硬度是HV231；SCr420的組織是鐵素體-珠光體，維氏硬度是HV187。

切削性試驗(yàn)條件如圖1所示。對(duì)車削刀具后隙面的磨耗量（VB）進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖2是開發(fā)鋼和SCr420鋼的切削性試驗(yàn)結(jié)果。雖然開發(fā)鋼比SCr420硬，但對(duì)開發(fā)鋼進(jìn)行外周車削時(shí)，刀具后隙面的磨耗量小、刀具車削開發(fā)鋼的耐久性好。說(shuō)明開發(fā)鋼具有優(yōu)良的切削性（被切削性）。

提高齒輪芯部的硬度對(duì)于提高齒輪疲勞強(qiáng)度十分重要。圖3是開發(fā)鋼和SCr420鋼軟氮化前后的芯部硬度。如前所述，開發(fā)鋼軟氮化前的硬度高于SCr420。開發(fā)鋼軟氮化后，由于析出硬化的效果，芯部硬度進(jìn)一步提高了HV25左右，促進(jìn)了開發(fā)鋼齒輪疲勞強(qiáng)度的提高。圖4是開發(fā)鋼和SCr420軟氮化后的表面硬度。由于開發(fā)鋼中添加氮化物生成元素，使開發(fā)鋼的析出硬化量增大，表面硬度高于SCr420鋼。

圖5是開發(fā)鋼的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果。由于開發(fā)鋼表層硬度大大提高，開發(fā)鋼的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強(qiáng)度顯著高于軟氮化SCr420鋼，等于或高于滲碳處理SCr420鋼。

6結(jié)語(yǔ)

采用本開發(fā)鋼，可以省略部件制造中的某些工序，從而降低制造成本。例如，可省略齒輪制造中的車削加工前的正火處理，此外，也可省略滲碳和高頻淬火等一般熱處理后必須進(jìn)行的齒面研磨，從而顯著降低齒輪的制造成本。

本開發(fā)鋼不僅可以加工成齒輪，而且可以加工成軸類等多種形狀部件。因此JFE鋼鐵公司將密切關(guān)注客戶的用途和加工工藝，擴(kuò)大本開發(fā)鋼的應(yīng)用。

（慧子）