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CN105755395A - 一种传动齿轮用特种钢及其加工方法 - Google Patents

一种传动齿轮用特种钢及其加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明所提供的传动齿轮用特种钢，其成分质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍4～8％，铜0.1～0.12％，镁0.4～0.5％，锰1～1.2％，其余为铁。本发明所提供的特种钢通过调整各种材料元素的成分及比例，大大增加该特种钢材的耐磨性能，易加工成型，并具备一定的减震性能，自噪声较低，可以有效的解决齿轮传动过程中的噪音问题；并且耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液腐蚀，增加了特种钢的类别以满足市场不同需求。

Description

一种传动齿轮用特种钢及其加工方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种特种钢，具体涉及一种耐磨耐蚀的特种钢及其加工方法。
背景技术
特种钢也叫合金钢。在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种不同的特殊性能。
合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢(含量<5％)，中合金钢(含量5％～10％)，高合金钢(含量>10％)；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢(如软磁钢、永磁钢、无磁钢)等。
在工业生产中，有些化工生产设备中的某些部件在使用过程中不仅要经受磨损，同时耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液的腐蚀，因此对钢的要求较为苛刻。
同时在机械传动中，齿轮机构由于具有结构紧凑、传动比稳定、传递功率大、传动效率高、使用寿命长等优点，因而使用十分广泛。齿轮机构的主要缺点是振动和噪声较大。噪声是各种不同频率和声强的无规律的、杂乱的组合。噪声起源于振动，其大小不仅决定于振源的传递和噪声的辐射。控制噪声最有效最根本的途径是直接控制噪声源，即使是对噪声源的局部减弱，也将有助于对传播途径和接收者这两方面噪声控制工作的简化，并将起到提高抑制噪声的效果。齿轮经长期运转，齿面磨损、咬伤和变形，啮合时动齿侧间隙过大，啮合不良，会产生振动、冲击和噪声，是机械传动噪声的主要因素。现有技术通常通过增加减震设备或改变空间结构达到减震降噪的效果，但依然有进一步提升的空间，能否从其他角度入手降低噪声，是个值得深入研究的课题。
发明内容
发明目的：针对现有技术中某些化工设备零件的特殊要求，本发明的第一个目的是提供一种传动齿轮用特种钢，本发明的另一个目的是提供该传动齿轮用特种钢的加工方法。
技术方案：本发明所提供的一种传动齿轮用特种钢，成份以铁为主，其控制碳含量小于0.03％，所述传动齿轮用特种钢还包括铬、镍、铜、镁、锰。
优选的，所述传动齿轮用特种钢，所述特种钢各成分质量百分比为：碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍4～8％，铜0.1～0.12％，镁0.4～0.5％，锰1～1.2％，铁余量。
我们研究发现在普通的碳素钢中，加入铬能够有效地提高钢材的淬火性和回火阻抗性，提高钢材的强度，并且铬还可以降低碳的活度，提高钢材的浸碳性，并形成微细碳化物，可降低加热、轧制和热处理过程中的钢材表面脱碳和石墨化倾向，提高韧性和耐磨损性；但是，铬含量过高时，反而大量形成铬的碳化物，恶化钢材的弹减性能和韧性。因此，在本发明中，控制钢材中铬的含量为13～17％(重量百分比)，最优含量为16％。
同时，加入少量的镍，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀，而且更为坚韧，有磁性和良好的可塑性，焊接性能也好；在650～1000℃高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力。在本发明中，控制在钢材中镍的含量为4％～8％，最优含量为6％。
此外，我们还发现加入微量的铜一方面可以提高钢材耐大气腐蚀的性能，另一方面可以和锰协同作用，使得本特种钢被敲击或摩擦时发出的声响相对沉闷暗哑，自噪声较低，具有一定的降噪作用，满足了对音噪要求更高的应用需求。
此外，加入少量的镁和锰，可使得钢的晶粒更加细致均匀，易加工成型，同时较之于普通钢材，其具备一定的减震性能，在具备更高的耐磨性和耐高温性的同时，进一步满足了对低自噪声、高舒适性、高安全性的应用需求。
本发明的一个优选方案为：低自噪声特种钢，其成分质量百分比为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，其余为铁。
更进一步的，我们发现如果在上述技术方案中加入微量的铌，可以增强钢材的耐腐蚀性，研究发现，原因在于本发明在进行热处理时，呈现奥氏体+碳化物的组织，碳化物的存在，对钢的耐蚀性有很大影响，奥氏体在450～850℃下加热，由于晶界析出铬的碳化物Cr23C6，使得晶界附近的含铬量降低，引起晶间腐蚀。因此，我们在其中加入微量的铌，使之优先与碳结合形成NbC，其稳定性高，使得铬保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻刚的晶界腐蚀倾向。此外，NbC在晶内析出呈弥散分布，且高温下不易长大，可以提高本发明的高温强度。对于本发明来说，铌的含量为0.3～0.8％时，最为合适，优选0.5％。
本发明含铌的一个优选方案为：低自噪声特种钢，其成分质量百分比为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，铌0.5％，其余为铁。
本发明还公开了上述特种钢获得的方法，包括以下步骤：下料、锻造、正火、加工、渗碳、预冷淬火、低温回火、表面处理。
所述的锻造，其温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4～6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时，时效处理为560℃。
所述的正火温度为950℃～970℃。
所述的渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6～8h，以丙酮为渗碳剂。
所述的预冷淬火为，预冷至870～880℃，然后进行油冷，冷却至室温。
所述的回火是在200℃时回火2～3h。
有益效果：本发明创造性的提供了一种特殊的钢材，通过调整各种材料元素的成分及比例，在制备材料中增加镍、铬、铜、镁、锰等，使得特种钢中含有合理配比的镍、铬、铜、镁、锰等元素，大大增加该特种钢材的耐磨性能，易加工成型，并具备一定的减震性能，自噪声较低。该耐磨损且自噪声较低的传动齿轮用特种钢，可以有效的解决齿轮传动过程中的噪音问题；并且耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液腐蚀。总体而言一方面增加了特种钢的类别以满足市场不同需求，另一方面解决了传动齿轮零件易磨损、噪音大、易生锈的问题，更加值得一提的是，本发明并不与现有的降噪技术相冲突，可以结合使用，效果更佳。
具体实施方式：
实施例1
特种钢的成分为：碳0.01％，铬13％，镍4％，铜0.1％，镁0.4％，锰1％，其余为铁。
其加工方法为：按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火2h。表面处理后得到产品。经试验检测，所制得的特种钢硬度为217HBW。
实施例2
特种钢的成分为：碳0.03％，铬17％，镍8％，铜0.12％，镁0.5％，锰1.2％，其余为铁。
其加工方法为：按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为8h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。经试验检测，所制得的特种钢硬度为216HBW。
实施例3
特种钢的成分为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，其余为铁。
其加工方法为：按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。经试验检测，所制得的特种钢硬度为218HBW。
实施例4
特种钢的成分为：碳0.01％，铬13％，镍4％，铜0.1％，镁0.4％，锰1％，铌0.3％，其余为铁。
其加工方法为：按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火2h。表面处理后得到产品。经试验检测，所制得的特种钢硬度为219HBW。
实施例5
特种钢的成分为：碳0.03％，铬17％，镍8％，铜0.12％，镁0.5％，锰1.2％，铌0.8％，其余为铁。
其加工方法为：按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为8h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。经试验检测，所制得的特种钢硬度为219HBW。
实施例6
特种钢的成分为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，铌0.5％，其余为铁。
其加工方法为：按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。经试验检测，所制得的特种钢硬度为220HBW。
以上实施列对本发明不构成限定，相关工作人员在不偏离本发明技术思想的范围内，所进行的多样变化和修改，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种传动齿轮用特种钢，成份以铁为主，其特征在于控制碳含量小于0.03％，所述传动齿轮用特种钢还包括铬、镍、铜、镁、锰。
2.根据权利要求1所述的传动齿轮用特种钢，其特征在于所述特种钢各成分质量百分比为：
碳0.01～0.03％，
铬13～17％，
镍4～8％，
铜0.1～0.12％，
镁0.4～0.5％，
锰1～1.2％，
铁余量。
3.根据权利要求1所述的传动齿轮用特种钢，其特征在于所述特种钢各成分质量百分比为：
碳0.02％，
铬16％，
镍6％，
铜0.1％，
镁0.45％，
锰1.1％，
铁余量。
4.根据权利要求1所述的传动齿轮用特种钢，其特征在于其成分中还含有铌0.3～0.8％。
5.如权利要求1～4所述的传动齿轮用特种钢的加工方法，其特征在于包括以下步骤：下料、锻造、正火、加工、渗碳、预冷淬火、低温回火、表面处理。
6.根据权利要求5所述的传动齿轮用特种钢的加工方法，其特征在于锻造时，其温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4～6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
7.根据权利要求5所述的传动齿轮用特种钢的加工方法，其特征在于正火温度为950℃～970℃。
8.根据权利要求5所述的传动齿轮用特种钢的加工方法，其特征在于所述的渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6～8h，以丙酮为渗碳剂。
9.根据权利要求5所述的传动齿轮用特种钢的加工方法，其特征在于所述的预冷淬火为，预冷至870～880℃，然后进行油冷，冷却至室温。
10.根据权利要求5所述的传动齿轮用特种钢的加工方法，其特征在于所述的回火是在200℃时回火2～3h。
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Application publication date: 20160713