摘要：苏州嘉特亿金属材料有限公司，试验用２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ制造齿轮零件，采用合适的热处理工 艺参数保证满足零件设计要求以替代１ ８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ齿轮材料。 关键词：２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ：１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ：齿轮材料；工艺性：力学性能 中图分类号：ＴＧｌ３５  文章编号：１００２—２３３３（２００９）０３—００５９—０２ 我公司主要生产２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ机组中的齿轮零件为 低速重载齿轮，在井下服役条 件非常恶劣，除要求相当高的 耐疲劳性能外。还要求齿轮的 心部有高的强度和韧性。 １８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ钢是我公司多年 钢号 热处理状态 牌号 １８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ ２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ Ｃ Ｓｉ 表１化学成份 Ｍｎ Ｓ Ｐ Ｃｒ Ｎｉ Ｃｕ ／ｗｔ％ Ｗ ０．１３加．１９ ０．１７￣ｏ．３７ ０．３０—Ｏ．６０≤Ｏ．０２５≤０．０２５ １．３５—１．６５ ４．００－４．５０≤０．０２５ ０．８０－１．２０ ０．１７加．２３ ０．１７一Ｏ．３７ ０．３０加．６０≤Ｏ．０３０≤０．０３０ １．２５－１．６５ ３．２５—３．６５ 一 一 表２ 截面尺寸 直径 Ｄｌｍｍ ２０ｃｒ２Ｎｉ４ 硬度 以珊Ｐａ 以ｌＭＰａ 别％ 蠡肠 ｎ以?ⅡⅡｎ－ｌ 壁厚 Ｓｌｍｍ １２．５ 表面 心部 使用的齿轮材料，各项力学性 能非常好，完全满足采煤机和 掘进机的使用要求。但由于 １８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ钢的锻造及切削 性能欠佳，热处理工艺复杂，生 产周期长，而且１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ 材料由于含有稀有合金元素 Ｎｉ，近年来价格愈来愈高。因此，为了降低齿轮原材 料成本及生产成本，但又能满足使用性能，我们进 １８ｃｒ２Ｎｉ４Ｗ 渗碳坼火＋低温回火 渗碳一淬火瓶温回火 ２５ ３０ １５ ３０ ６０ ≥１１７７ ≥１１７７ ≥１０７９ ≥１０７９ ≥４５ ≥４５ ≥４５ ≥５０ ≥５０ ≥４５ ≥１０ ≥９ ≥ｌｌ ≥１２ ≥１２ ≥１１ ≥７８．５ ≥７８．５ ≥９８．１ ≥ＨＲＣ６０ ≥Ｉ’ｔＲＣ６０ ≥ｔｔＲＣ５８ ≥ＩＴＲＣ５８ ≥耶３０２—３８８ ≥ＨＢ３加一３８７ ≥ＨＲｃ３５—４７ １５．０ ７．５ ≥１１２８ ≥１１２８ ≥１１２８ ≥１１２８ ≥８３４ ≥８３４ ２５．Ｏ ３０．Ｏ ≥９８．１ ≥９８．１ ≥８８．３ ≥８３４ ≥８３４ ≥ＨＲＣ５８ ≥ＨＢ２４１—３６７ ≥ｆｆＲＣ５８ ６０￣１００ ３肌５０ ≥ＨＢ３４ｌ，３６７ 及要求强度高、韧性好的调质零部件。 １．４两种材料常规力学性能对比 从表２可知：常规状态下２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ和１ ８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ 钢的各项力学性能相差不大，２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ的冲击韧性略 低于１ ８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ钢。 ２工艺性试验 （１）实验对象：对我公司ＭＧ４００，９３０一ＷＤ及ＭＧ２００／ ５０００一ＷＤ两种机组采煤机牵引部中齿轮共８２件用 行了一系列研究及对比试验，拟用２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ替代 １８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ钢作为我公司的齿轮材料。 １两种材料的化学成分、性能及适用范围比较 Ｊ．Ｊ化学成分 从表ｌ可知２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ不含Ｗ，且含Ｎｉ量较１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ 略低。 ｊ．２特性 １８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ属ＣｒＮｉＷ系合金渗碳钢，２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ 属ＣｒＮｉ系合金渗碳钢。两种材料同属高淬透性合金渗碳 ２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ制造，进行工艺性试验。 （２）工艺流程：锻造一预先热处理一粗加工一探伤一 热处理渗碳、高温回火一车（渗碳层）一调质、淬火一半精 加工、精加工一成品检验。 （３）热处理后检测结果 钢。强度高，韧性及淬透性好。 Ｊ．３用途 两种材料均用于大截面渗碳件，如大型齿轮、轴类以 ８结语 数控定位筋端部螺纹旋风加工专用机床是集机械、 电子、液压为一体的高技术设备。具有结构紧凑、操作简 热处理渗碳后试样碳化物级别及高温回火后残余奥 〔２〕张秀春．机械工艺师手册〔Ｍ〕．苏州：机械工业出版社，１９９２． 〔３〕陈晓东．现代数控机床〔Ｍ〕．苏州：国防工业出版社，２００３． 〔４〕ＧＳＫ．ＫＮＤ．ＦＡＮＵＣ．３ｉ使用手册〔ｚ〕． 便、加工效率高等特点。此机床的研制为定位筋端部螺纹 加工开辟了一条新的高效途径。  〔１〕潘更宇．机械设计手册〔Ｍ〕．苏州：化学工业出版社，２００２． 作者简介：苏州嘉特亿（１９８１一），嘉特亿金属主要从事非标机械设备设 计工作。 氏体级别检测结果如表３。 对一件成品零件进行了剖切检测，结果如表４。 从表３和表４结果可知，用２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ钢制做的齿 轮通过合适的热处理工艺工序可以完全满足我厂设计的 技术要求。 变形抗力小；（ｃ）成形性能好；（ｄ）锻件表面洁净度高；（ｅ） 热锻经济性高。缺点：高温抗氧化性稍差。 热处理工艺性基本相同，从抽检结果看，工件热处理 前后变形情况大致相同。但２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ材料渗碳后的马 氏体转变点帆为１２０℃较１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ材料的眠（８０℃） 低，对１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ材料齿轮渗碳后必须进行两次甚至 （４）热处理渗碳、淬火前后变形情况我们也进行了跟 踪，结果如表５所示。 表３ 炉数试样渗层深度图纸要求渗层碳化碳化物的 次量编号 ／ｎｕｎ 三次高温回火，才能有效减少渗碳层表面的残余奥氏体， 对２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ材料渗碳后用一次高温回火即可 残余残余奥氏体 达到要求的残余奥氏体含量，生产周期相对于 １ ８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ缩短许多。８２件试验件经表面淬火 深度／ｍｍ 物技术要求奥氏体的技术要求 处理后齿轮表面硬度全部在ＨＲＣ５８—６２范围内， 对工艺要求没有１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ那么严格。 在渗碳后的车渗层工序中，因２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ不 含合金元素Ｗ，在渗碳层不易形成特殊碳化物，提 高了切削加Ｔ性能，减少了刀具的磨损。 ３热处理相同状态下的力学性能比较 渗层碳化物 残余奥氏体 心部铁素体 齿顶有效硬化层深度 心部硬度 花键（齿顶）硬度 ｌ级 １级 １级 １．２一１．３ｍｍ ＜４级 ＜３级 ＜３级 １．Ｏ—１．４ｍｍ 对２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ和１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ采用相同结 构、相同尺寸的试棒经过相同工艺流程（锻造一正 火＋高温回火一粗加工一渗碳＋高温回火一调质） 后的机械性能试验，结果如表６所示。 距齿根６ｍｍ处硬度为ＨＲＣ ４２４３，心部硬度ＨＲＣ３６－４２ ＨＢ２８９—２９６ ＨＢ２８０—３２０ 试验结果分析：因为对２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ材料我们 衰５ 名称 编号 ｌ ／舢 孔径 ７７．Ｏｌ ７７．０５ ７７．０６ ７７．０７ ７７．０５ ７７．０６ ３８．６４ ３８．７０ ３８．７４ ３８．６５ ３８．７２ ３８．７０ ＋ｏ．０５７５ ＋０．０６５０ ＋Ｏ．０６００ ＋ｏ．１０２５ 击１１９＿３５ 击１１９．３８ 击１１９．３０ 第一次使用，试样的硬度因工艺参数选用不当未 状态 渗碳前 淬火后 ７７．Ｏｌ ７７．０２ ７７．０５ ７７．０９ ７７．０３ ７７．０５ ３８．６４ ３８．７０ ３８．７８ ３９．６５ ３８．７２ ３８．７１ 公法线 ７７．０２ ７７．０３ ７７．０６ ７７．０９ ７７．０２ ７７．０７ ３８．６５ ３８．７ｌ ３８．７７ ３８．６４ ３８．６９ ３８．７３ ７７．Ｏｌ ７７．０６ ７７．０５ 平均变形量 ＋Ｏ．０２７５ 达到技术要求硬度。但经分析认为只要合理调整 工艺参数，２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ的各项力学性能能够满足 我公司齿轮零件的使用要求。 ４ ＋Ｏ．０３０（孔） ＋０．０２５ 行星轮 ２ 渗碳前 淬火后 ２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ钢回火温度和硬度间的关系试验 采用西１１０ 表１０ ５６０ ５７０ ７７．０７ ７７．０４ ７７．０８ ３８．６５ ３８．７ｌ ３８．７０ ３８．６５ ３８．６９ ３８．７１ ｄ，１ １９．３７ 西１１９．３０ 击１１９．３７ ＋Ｏ．０７０（４Ｌ） ＋０．０３５ ３ 渗碳前 淬火后 渗碳前 ＋０．０７０（孔） 火＋高温回火一粗里查曼堡窒ＨＢ３２三』鬯ＨＢ２６０ 加工一渗碳＋高温回火一淬火（８５０℃）回火工序过 程，试验结果如表１０。 ５结论 圆棒经锻造一正回火温度／℃５４０ １ 渗碳后 淬火后 轴齿轮 ２ 渗碳前 渗碳后 淬火后 ２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ作为我公司采煤机牵引部齿轮材 料，采用合适的热处理工艺参数是完全能够满足 我公司齿轮材料性能要求的。 （５）工艺性能比较 由试验可知，两种材料的锻压工艺性基本一样。与 １８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ相比，２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ的优点为：（ａ）塑性好；（ｂ） 表６轴向拉伸试验结果 材料 抗拉强度／ＭＰａ屈服强度／ＭＰａ延伸率，％断面收缩率，％ 硬度 ２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ齿轮材料工艺性较好，工序简单，相比较 １ ８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ可缩短生产周期，提高生产效率。 通过对２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ材料及１ ８ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ材料 进行的各项力学性能试验可知，用２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ材 料制造的齿轮各项力学性能和１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ材料 的各项力学性能相差不大，可以满足我公司齿轮 所需力学性能技术要求。 材料 抗拉强度／ＭＰａ屈服强度／ＭＰａ延伸率，％断面收缩率，％ 硬度 用２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ做齿轮材料替代１８Ｃｒ２Ｎｉ４ＷＡ 齿轮材料可

降低原材料成本。 表８轴向冲击试验结果 表９径向冲击试验结果 嘉特亿现主要从事热处理工 艺工作。 20Cr2Ni4A替代18Cr2Ni4WA齿轮材料钢的加工试验 作者： 作者单位： 苏州嘉特亿金属材料有限公司：