齒輪鋼的現(xiàn)狀和發(fā)展方向齒輪在工作時(shí)，長(zhǎng)期受到可變載荷沖擊力、接觸應(yīng)力、脈動(dòng)彎曲應(yīng)力和摩擦力等各種應(yīng)力的影響，同時(shí)也受到加工精度、裝配精度、外硬點(diǎn)磨削等各種因素的影響。因此，齒輪鋼極易損壞。因此，齒輪鋼需要具有高強(qiáng)度和韌性、疲勞強(qiáng)度和耐磨性。 為了生產(chǎn)高質(zhì)量的齒輪鋼，一方面要求鋼廠向用戶提供淬透性穩(wěn)定、滿足用戶技術(shù)要求的齒輪鋼產(chǎn)品；另一方面，齒輪鋼也需要優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)，引進(jìn)新技術(shù)來(lái)提高齒輪質(zhì)量。
與日本、德國(guó)和美國(guó)生產(chǎn)的齒輪鋼相比，中國(guó)齒輪鋼的差距主要有:鋼的品牌沒有系列化，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)落后；鋼的淬透性帶較寬，國(guó)外鋼的淬透性帶已達(dá)到4RC，而中國(guó)鋼的淬透性帶約為6-8HRC，不夠穩(wěn)定。鋼的純度相對(duì)較低。從日本、德國(guó)、奧地利等國(guó)進(jìn)口的齒輪鋼的氧含量在(7-18)×10-6之間波動(dòng)，中國(guó)的約為(15-25)×10-6。非金屬夾雜物分散不充分，分布不均勻，并且具有大顆粒夾雜物。粒度要求不同。中國(guó)齒輪鋼一般要求晶粒度為5-8，而日本特別強(qiáng)調(diào)滲碳齒輪鋼的晶粒度不應(yīng)大于6。日本開發(fā)了一系列低硅抗晶界氧化滲碳鋼，可將晶界氧化層減少至≤5μm，而SCM420H等鉻鉬鋼為15-20 μm；平均使用壽命短，單位產(chǎn)品能耗大，勞動(dòng)生產(chǎn)率低。
此外，如何保證軋制過(guò)程中孔隙率等低功率缺陷在小的核心范圍內(nèi)，也是我國(guó)尚未研究的領(lǐng)域，因?yàn)榈凸β式Y(jié)構(gòu)缺陷會(huì)給零件的后續(xù)加工和熱處理變形帶來(lái)很多不利影響。
目前，我國(guó)汽車齒輪鋼的主要鋼種仍為20CrMnTi。這種鋼種通常采用氣體滲碳工藝。由于滲碳?xì)夥罩醒趸瘹怏w的存在，滲碳層中對(duì)氧有較大親和力的元素硅、錳和鉻在晶界被氧化形成晶界氧化層。
晶界氧化層的出現(xiàn)將導(dǎo)致硅、錳、鉻等合金元素固溶量的減少。從而降低滲透層的淬透性，從而降低滲透層的硬度并導(dǎo)致非馬氏體結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，從而顯著降低齒輪的疲勞性能。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用兩種方法:1)采用特殊的熱處理工藝真空滲碳可以降低滲碳?xì)夥罩械难鮿?shì)，從而有效降低滲碳層晶界氧化的發(fā)生程度。稀土滲碳工藝也能降低晶界的氧化程度。由于稀土優(yōu)先在工件表面富集，并優(yōu)先沿鋼的晶界擴(kuò)散，并且它與氧的親和力比硅、錳和鉻高得多，因此它將優(yōu)先與氧結(jié)合，并防止氧原子繼續(xù)向內(nèi)擴(kuò)散，從而有助于減少非馬氏體結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生 2)通過(guò)合金設(shè)計(jì)開發(fā)抗晶界氧化齒輪鋼 鎳和鉬的抗氧化性強(qiáng)，其次是鉻，錳的抗氧化性弱，而硅的抗氧化性最弱(硅的氧化傾向是鉻和錳的10倍) ，因此，為了減少晶界氧化并確保淬透性，在齒輪鋼的成分設(shè)計(jì)中，應(yīng)適當(dāng)降低易氧化元素，尤其是硅的含量，并相應(yīng)增加硬可氧化元素鎳和鉬的含量。
據(jù)報(bào)道，將硅、錳和鉻分別控制在0.05%、0.35%和0.01%可以完全抑制表面組織異常，即使在1000℃時(shí)，晶界氧化也很少發(fā)生。
為了滿足汽車工業(yè)高性能、輕量化的發(fā)展要求，未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展窄淬透性齒輪鋼、超低氧滲碳鋼、低晶界氧化物滲碳鋼、超細(xì)晶粒滲碳鋼、提高高溫硬度和抗高溫軟化性能的滲碳鋼、易切削齒輪鋼、冷鍛齒輪鋼等。
