高品质齿轮钢在品种多样化、易切削、环保、低合金化降低成本、低噪音、运行平稳、钢材均匀性好、热处理变形小等方面不断发展。评价齿轮钢的技术质量特性值集中在淬透性、纯净度、晶粒度、带状组织等方面。
(1)淬透性
淬透性的高低以及淬透性值的稳定性是评价齿轮钢质量的重要指标。淬透性带控制的追求目标:≤3HRC;
(2)纯净度
齿轮钢的洁净度对齿轮疲劳寿命的影响越来越受到关注。钢中存在的氧化物和硫化物夹杂、有害元素如N、H、O、P、S等,降低钢材的力学性能,恶化钢材的工艺性能,从而影响汽车渗碳齿轮的使用寿命。
①齿轮钢氧含量控制的追求目标:[O]≤10ppm;
②高品质齿轮钢中禁止加Ti,Ca,且规定钢中Ti≤0.01%、钢中Ca≤0.0005%;
③非金属夹杂物控制的追求目标:A≤2级、B≤2级、C≤1级、D≤1级;
(3)晶粒度
晶粒大小是齿轮钢的一项重要指标。齿轮钢中细小均匀的奥氏体晶粒,淬火后得到细马氏体组织,明显改善齿轮的疲劳性能,同时减少齿轮热处理后的变形量。细小均匀的奥氏体晶粒度对零件的强度、韧性均有特殊贡献。特别是对提高齿轮的断裂韧性,增强齿轮的脆断抗力具有重要意义。齿轮钢晶粒度要求≥6级。目前国际上为获得高温(>960℃)渗碳齿轮钢,冶炼时添加或复合添加微合金元素Nb、V、Zr等,在钢中形成合金碳氮化物,钢的晶粒度≥8级。
(4)带状组织
带状组织是钢的组织缺陷。对齿轮钢而言,严重的带状组织将影响渗碳的均匀性,增加淬火变形程度,使渗碳齿轮尺寸精度差。因此,齿轮钢的带状组织控制的追求目标是不大于2级。