[发明专利]一种薄壁内齿圈用含Ti渗碳钢、其制造方法及薄壁内齿圈成型方法

说明书

本发明公开了一种薄壁内齿圈用含Ti渗碳钢、其制造方法及薄壁内齿圈成型方法，该薄壁内齿圈用含Ti渗碳钢的化学成分按质量百分数计如下：C 0.15～0.30％，Mn 0.90～1.40％，P≤0.035％，S 0.015～0.045％，Cr 0.90～1.40％，Al 0.015～0.035％，Si≤0.25％，Ti 0.010～0.030％，Nb 0.02～0.04％，O≤0.0015％，N 0.012～0.017％，Ni≤0.20％，Cu 0.10～0.20％，Mo≤0.06％，V≤0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明的薄壁内齿圈不会引起局部淬透性下降，材料淬透性波动较小，后续热处理零件变形均匀，能有效控制内薄壁齿圈的热处理变形。

技术领域

本发明属于冶金及内齿圈制造的技术领域，具体涉及一种薄壁内齿圈用含Ti渗碳钢、其制造方法及薄壁内齿圈成型方法。

背景技术

国内重型变速箱多采用行星副箱结构，副箱内齿圈为薄壁环形零件，外径ф277mm，壁厚22mm，宽度104mm，见图2，要求圆度、锥度控制在0.10mm以内，齿向fHβ不大于50μm，渗碳热处理变形大，采用国内广泛应用Mn-Cr-Ti系列的渗碳钢20CrMnTiH无法满足要求。其中GB/T5216规定材料合金元素质量百分比(％)：C 0.17～0.22，Si≤0.37，Mn 1.10～1.40，Cr 1.00～1.30，Ti 0.04～0.10残余元素:P≤0.035，S≤0.035，Cu≤0.25，Ni≤0.30，奥氏体晶粒度不小于5级。

中国齿轮专业协会制订标准CGMA001-1中Mn-Cr-Ti系列渗碳钢规定材料合金元素质量百分比(％)：C 0.17～0.23，Si≤0.12，Mn 1.10～1.50，Cr 1.00～1.30，Ti 0.04～0.10残余元素:P≤0.030，S 0.02～0.35，Cu≤0.20，Ni≤0.30，奥氏体晶粒度不小于5级。由于钢中Ti含量高，Ti极易和N形成高熔点大颗粒液析TiN，受到Ti加入工序、方式等因素影响，TiN容易形成带状偏聚，导致零件可靠性下降。奥氏体Ti极易和C形成TiC，导致局部奥氏体区域固溶碳原子减少，引起淬透性下降，这些颗粒作为奥氏体分解形核，降低奥氏体稳定性，加速奥氏体转变，会降低淬透性，导致材料淬透性不均匀，零件热处理变形增大，难以控制。

中国发明专利CN101275204A中公开一种Cr-Mn-Ti齿轮钢及制备方法，其中合金元素：C 0.17～0.23，Si 0.17～0.37，Mn 0.8～1.15，Cr 1.00～1.35，Ti 0.01～0.0.38，氧含量≤20ppm，N含量30ppm～120ppm，降低了Ti含量，但是冶炼过程中没有控制钢水中TiN平衡浓度积，浇铸过程中依然会生成液析TiN颗粒，影响材料可靠性。

国内对薄壁环形零件采用碾环成型，后续利用等温正火或锻造余热等温正火工艺。通过控制等温正火工艺参数，使珠光体转变在等温温度下进行，得到等轴均匀的珠光体+铁素体，便于后续切削加工，减少热处理变形。由于受到材料化学成分、冶金偏析、成型方式等因素的影响，锻坯各部位形成的金相组织很难均匀一致，硬度散差大于HB10，使得零件在后续渗碳过程中热处理变形难以控制。国内对于薄壁环形件采用连续炉渗碳+压淬工艺，渗碳热处理工艺扩散温度870～890℃，碳势控制0.85％，压淬温度在860℃，容易引起零件变形。

综上所述，现有技术中薄壁内齿圈材料存在如下不足：(1)薄壁内齿圈材料中Ti含量高，导致材料淬透性波动大，并有大颗粒液析TiN。(2)锻坯预处理采用等温正火或锻造余热等温正火工艺，锻件各部位组织没有达到均匀一致，硬度散差大于HB10。(3)薄壁环形件采用连续炉渗碳+压淬工艺，渗碳热处理扩散温度和碳势高，导致零件表面残余奥氏体含量高，压淬温度高，引起热处理变形大。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种薄壁内齿圈用含Ti渗碳钢、其制造方法及薄壁内齿圈成型方法。