高强度齿轮钢的发展趋势

高强度齿轮钢是汽车的重要零部件之一，起着传递动力和运动的作用。汽车齿轮在工作时，啮合齿面之间既有滚动又有滑动，轮齿根部还要承受脉冲或交变应力的作用，极易产生齿面磨损、齿面磨点以及剥落和齿根断裂等疲劳断裂现象，影响齿轮的使用寿命。因此，要求齿轮钢不仅具有良好的耐磨性、高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，而且还必须具有充分的韧性。
多年来，中国汽车用齿轮钢一直以20CrMnTiH合金渗碳结构钢为主。但随着重型汽车的发展，齿轮的尺寸和模数加大，20CrMnTi已经不能满足使用要求，各大钢铁企业和汽车公司相继开发和引进了各种类型的齿轮钢。

为了提高齿轮钢的淬透性，节约Cr资源，满足重型汽车齿轮的要求，20世纪60年代，中国汽车工业大力进行了B钢的研究和应用工作，用20MnVB、20Mn2TiB等钢种来代替20CrMnTi制造汽车渗碳齿轮。随着汽车工业的发展，对齿轮精度要求的不断提高，B钢的使用存在一些问题，主要是淬透性不稳定，淬透性带过宽，渗碳时容易出现混晶，淬火处理后变形大且没有规律性，影响齿轮的加工、尺寸精度和使用寿命，所以在1980年前后很多汽车公司就停止使用B钢生产齿轮。

近几十年来，随着改革开放和国民经济发展需要，中国引进许多汽车齿轮生产线，为了适应汽车齿轮国产化的需要，在消化吸收国外先进技术的基础上，分别从德、日、美、意等引进了相应的齿轮用钢，中国引进汽车用齿轮钢的部分钢号与引进标准如表1所示。中国已开发并能批量生产的新型齿轮钢有多个系列。
 
高强度齿轮钢的发展趋势是：

（1）齿轮的强度取决于化学成分和热处理技术。因此，在设计齿轮钢的成分时，尽量降低Si的含量，适当减少Mn、Cr元素，提高Ni、Mo的含量。为此，欧洲和日本充分利用微合金元素Nb、V、Zr等的作用，对原有钢种进行微合金化处理，并开发高镍、高钼高强度齿轮钢。

（2）汽车齿轮的产量很大，制造齿轮时需要进行大量切削加工，为了提高切削效率，一些先进的齿轮制造公司都装备了高速程控机床。为适应高速切削的发展，对齿轮材料的易切削性能提出了更高的要求，需要开发易切削汽车渗碳齿轮钢。齿轮钢中主要添加的易切削元素为S、Pb、Bi、Mg、Ca等。

（3）为了降低切削加工费用，提高生产率和材料利用率，发展了直接锻出齿形的齿轮精密锻造技术和冷镦技术。因此需要开发精密锻造和冷镦汽车渗碳齿轮钢。精密锻造齿轮要求严格控制钢的质量：（a）钢的内在质量，主要是钢的纯净度、末端淬透性、晶粒度、带状组织等指标；（b）表面无缺陷、球化退火组织和适宜的硬度。