齒輪鋼
關注創建者：劉豐軍 創建時間：2017-05-23
齒輪鋼的實例教程
試驗分析了 18CrNiMo、19CN5 和 20CrMnTiH3 三種低碳齒輪鋼在熱軋、完全退火、等溫正火工藝處理后的顯微組織以及使用 GB/T 34474.1—2017 和 GB/T 13299—1991的帶狀檢驗評級情況。結果顯示低碳齒輪鋼在不同熱處理制度下的帶狀組織存在明顯差異。熱軋態下，18CrNiMo、19CN5 和20CrMnTiH3含較多貝氏體，使用GB/T 34474.1—2017 和 GB/T 13299—1991 均難以評定帶狀組織；經等溫正火處理后20CrMnTiH3 屬于平衡態組織，用GB/T 34474.1—2017 和GB/T 13299—1991 都可完成帶狀組織評定，18CrNiMo、19CN5 存在少量馬氏體，與 GB/T 13299—1991 要求的平衡態組織不相符，但是馬氏體較少，可在 GB/T 34474.1—2017 標準下評定；經完全退火處理后三者都屬于平衡態組織，使用 GB/T 34474.1—2017 和 GB/T 13299—1991都可完成帶狀組織評定；完全退火與等溫正火處理后鋼材的帶狀級別存在明顯差別。
齒輪鋼是汽車、鐵路、船舶、工程機械中使用特殊合金鋼中要求較高的關鍵材料之一，是保證安全的核心部件的制造材料。因其工作場合通常較為復雜，對力學性能要求特別高，凡是影響其力學性能的因素都必須予以消除，而帶狀組織使鋼的力學性能具有方向性，使鋼的橫向范性和韌性降低，切削性能變壞，表面加工的光潔度降低。因此，帶狀組織是齒輪鋼產品重要的生產檢驗項目。
展開 文章來源：
[1]董斌,杜影,唐海山,朱國和. 45號鋼齒輪表面淬火影響因素和質量控制[J]. 起重運輸機械,2021(22):35-39.
日本、德國在汽車高強度齒輪低碳合金鋼材料領域進行了長期的研究開發，表2為常用汽車齒輪材料的成分組成， 目前國內外汽車齒輪用鋼主要為20CrMnTi(國內)、20MnCrS(德系)、20CrMoH(日系)，表中鋼種A、B、C為高疲勞用鋼。
表 2 國內外汽車常用合金鋼齒輪材料的成分組成
1.2 齒輪失效形式及機理
汽車齒輪處于連續負荷工作的狀態，齒輪的嚙合面之間既有滾動，又有滑動，同時齒根部還受脈沖與交變彎曲應力作用。齒輪通常有4種不同破壞形式：① 輪齒折斷；② 宏觀點蝕與微觀點蝕；③ 磨損；④ 齒面膠合[8]。圖1所示為齒輪的損傷位置模型。
圖 1 齒輪損傷失效位置模型
上述齒輪的失效多數源自于齒面或齒根的表面，由此看出齒輪的表面非常重要，齒輪表面完整性是指無損傷或強化后的表面狀態及由其決定的性能，齒輪表面完整性包括表面殘余應力、顯微硬度、表面粗糙度、微觀結構等，對于齒輪表面涂層改性還需考慮厚度和結合強度等因素。無論表面化學熱處理，還是噴丸形變強化處理，均對齒輪的表面完整性的表面粗糙度、形態特征、組織結構、硬度、殘余應力等產生影響，而齒輪的表面完整性與其彎曲疲勞抗力及接觸疲勞抗力之間有密切的關系。
1.2.1 齒輪彎曲疲勞破損機理及材料研究
齒輪強度主要是齒輪的彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度。圖2為齒輪的彎曲折斷破損，主要原因是齒輪根部受到反復的集中應力作用下產生裂紋并逐步擴大致失效，彎曲疲勞裂紋從齒輪表層部的晶界氧化層產生，沿著表層下方的奧氏體晶界擴展至硬化層深處，進而引起結晶粒界破壞。
圖 2 齒輪彎曲折斷破損實例
材料表層部的晶界氧化層主要由Si、Mn、Cr等可提高淬火性能的合金元素組成，其晶界邊緣易產生局部不完全淬火領域，形成由屈氏體和貝氏體構成的不完全滲碳異常層。
展開 采用開發的齒輪鋼，可將原來的4個齒輪變為2個齒輪。由于組件裝置結構簡化，實現了裝置的小型化和提高了差速器的允許轉矩。
汽車輕量化對特殊鋼的期待
鋼鐵材料的高強度化，容易導致缺口敏感性增大，容易引起疲勞和氫脆延遲斷裂。人們已經很熟知金屬疲勞和延遲斷裂現象，但時至今日，仍然未能解決這兩種斷裂問題。這兩種斷裂現象特點是斷裂強度波動性很大，所以要保證高強鋼部件具有很大的安全系數。因此期待今后分析得出這兩種斷裂現象的機理并找出適宜的應對措施。
來源：冶金信息網
展品范圍：
1、 整車展技術區：采用新技術、新材料的商用車、乘用車、概念車以及相關零部件等；
2、 汽車電子展區：電子零部件/材料、半導體、車載系統、測試工具、ADAS、軟件硬件系統等；
3、 新能源汽車技術及充電設備展區：驅動系統、電機、變頻器、轉換器、零部件、材料、電池、充電器、制造設備、充電設施、線束線纜、線束加工設備等；
4、 汽車輕量化技術及汽車材料展區：金屬/非金屬輕量化材料、輕量化零部件、成型/加工技術及設備、設計工程、模擬等；
4.1 汽車用鋼專題展示區: 先進高強鋼、超高強鋼、高錳鋼、汽車板材、不銹鋼及全套解決方案、汽車用齒輪鋼、軸承鋼、彈簧鋼、汽車用硅鋼等
4.2 汽車用鋁及鋁制零部件展示區：鋁鑄鍛件、鋁制車身及部件、鋁車輪、鋁制部件、制造裝備等；
5、 車聯網技術展區：M2M系統/設備、駕駛管理/車輛管理、車載娛樂設備、車聯網產品及服務等；
6、 汽車測試測量展區：測試模擬、振動測試、環境測試、電磁兼容(EMC)分析、車載診斷系統、噪聲、振動與舒適性 (NVH)、 發動機及排氣分析、第三方測試、汽車制造在線檢測、零部件加工檢測、自動化測試等等；
7、 汽車自動駕駛展區：傳感技術、動態地圖技術、汽車導航技術、半導體/人工智能、網絡安全解決方案、設計開發解決方案、測試解決方案、無人駕駛汽車等
日程安排
布展時間：2023年10月30-31日（9:00-17:00）
開幕時間：2023年11月1日（9:30）
展出時間：2023年11月1-3日（9:00-16:30）
撤展時間：2023年11月3日 （16:00）
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padding: 0px; border: 0px;">8、 汽車輕量化技術及汽車材料：</span>金屬材料、塑料、發泡材料、復合材料、輕量化零部件、車身連接技術等；</p>
<p style="margin-top: 20px; margin-bottom: 20px; border: 0px;">8.1 汽車用鋼專題展示區: 先進高強鋼、超高強鋼、高錳鋼、汽車板材、不銹鋼及全套解決方案、汽車用齒輪鋼
汽車功率半導體技術：IGBT/MOSFET、功率IC等、第三代半導體材料（SiC/GaN）及器件、車用LED芯片/光源/Mini/Micro LED、封裝測試、設計開發、生產設備等；
4、 汽車輕量化技術及汽車材料：金屬材料、塑料、發泡材料、復合材料、輕量化零部件、車身連接技術等；
4.1 汽車用鋼專題展示區: 先進高強鋼、超高強鋼、高錳鋼、汽車板材、不銹鋼及全套解決方案、汽車用齒輪鋼
金屬材料與輕量化技術展區
汽車用鋼專題展示區: 先進高強鋼、超高強鋼、高錳鋼、汽車板材、不銹鋼及全套解決方案、汽車用齒輪鋼、軸承鋼、彈簧鋼、汽車用硅鋼等；
汽車用鋁及鋁制零部件展示區：鋁鑄鍛件、鋁制車身及部件、鋁車輪、鋁制部件、制造裝備等.
展示范圍：
1、汽車金屬材料: 高強度鋼板、高強度冷軋鋼板、鋁合金、鎂合金、鈦合金等；
----汽車用鋼專題展示區: 先進高強鋼、超高強鋼、高錳鋼、汽車板材、不銹鋼及全套解決方案、汽車用齒輪鋼、軸承鋼、彈簧鋼、汽車用硅鋼等；
----汽車用鋁及鋁制零部件展示區：鋁鑄鍛件、鋁制車身及部件、鋁車輪、鋁制部件、制造裝備等；
2、汽車塑料與復合材料：碳纖維增強塑料、熱塑性樹脂、熱固性樹脂、聚碳酸酯樹脂
齒輪系統降噪，還可從以下幾方面深入研究：增加齒輪重合度，提升軸、軸承、殼體支撐剛度，鋼齒輪更換為樹脂齒輪。
作者：劉月普等
文章來源：MBD之家
軟件硬件系統等；
3、 新能源汽車技術及充電設備展區：驅動系統、電機、變頻器、轉換器、零部件、材料、電池、充電器、制造設備、充電設施、線束線纜、線束加工設備等；
4、 汽車輕量化技術及汽車材料展區：金屬/非金屬輕量化材料、輕量化零部件、成型/加工技術及設備、設計工程、模擬等；
4.1 汽車用鋼專題展示區: 先進高強鋼、超高強鋼、高錳鋼、汽車板材、不銹鋼及全套解決方案、汽車用齒輪鋼
對于熱軋狀態下的低碳齒輪鋼，可通過規定的熱處理工藝來保證組織狀態，滿足標準的檢驗需求。
（2）等溫正火處理可以有效消除 20CrMnTiH3 系低碳齒輪鋼中的貝氏體等非平衡態組織，但無法徹底消除含 Ni、Mo 較高的 18CrNiMo、19CN5 系低碳齒輪鋼，應進行完全退火處理消除其貝氏體等非平衡態組織。
為了提高齒輪的承載能力和壽命，減速器齒輪采用低碳合金鋼20CrMo滲碳淬火加磨齒工藝。如圖2所示，減速器為兩級平行軸斜齒輪傳動結構，輸入軸花鍵與電機連接，動力通過差速器與半軸連接傳遞給車輪。
圖2 減速器結構方案
表1為減速器齒輪參數對比。從表1中可以看出，采用細高齒的減速器兩級齒輪的齒頂高系數均不小于1.4，超過標準系數40%；端面重合度都超過2，滿足細高齒設計方法。
文章來源：
[1]董斌,杜影,唐海山,朱國和. 45號鋼齒輪表面淬火影響因素和質量控制[J]. 起重運輸機械,2021(22):35-39.
3、非金屬材料
對高速、輕載及精度不高的齒輪傳動，為了降低噪聲，常用非金屬材料（如夾布塑膠、尼龍等）做小齒輪，大齒輪仍用鋼或鑄鐵制造。為使大齒輪具有足夠的抗磨損及抗點蝕的能力，齒面的硬度應為250～350HBS。
