高疲劳强度齿轮制造技术

本发明专利技术提供一种具有高疲劳强度，且较价廉的齿轮。该齿轮为塑性加工齿轮，在固溶处理后，施以兼作人工时效处理的软氮化处理，该齿轮具有充分深的表面硬化层，且因在制造过程中将人工时效处理与软氮化处理合二为一，可节能和降低造价。所用钢材的组成成分为各元素重量比为：Ｃ≤０．０１％，Ｓｉ≤１％，０．０５％≤Ｍｎ≤０．５％，Ｐ≤０．１％，Ｓ≤０．０３％，０．０２％≤ｓｏｌ．Ａｌ≤０．１％，０．８％≤Ｃｕ≤１．７％，０．０２％≤Ｓｏｌ．Ｔｉ≤０．１％，余量为Ｆｅ及其它不可缺元素。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高疲劳强度齿轮。现有的高疲劳强度齿轮，大都由含Al、Cr等成分的中、低炭钢，如JISSACM645等钢号，适用于软氮化处理的钢材制成。但，向来所用钢材，单凭软氮化处理，并不能得到有很高的疲劳强度的齿轮，尚必须施加例如对钢材进行调质处理，以提高其内部硬度(亦即内部强度)的措施。然而，一般都是对经过机械加工的齿轮的中间体进行软氮化处理，所以，考虑到机械加工性，上述由调质处理而增加的硬度提高的程度，自有其限度，其结果，齿轮的疲劳强度，尤其是齿根的抗弯曲疲劳强度常不能符合要求，此抗弯曲疲劳强度常较渗炭处理的齿轮为低。这是现有技术存在的问题。本专利技术之目的旨在提供一种具有高疲劳强度且尺寸精确的齿轮，上述齿轮的制造材料为具有良好的塑性加工性能和机械加工性能，且在固溶处理后，可以进行兼做人工时效处理的软氮化处理的特定钢材。为达到上述目的，本专利技术是在使用下述成分钢材，经过塑性加工的齿轮上，施行固溶处理后，再施加兼作人工时效处理的软氮化处理，而提供出一种高疲劳强度的齿轮；该钢材成分如下C≤0.01％(重量比)、Si≤1％(重量比)，0.05％≤Mn≤0.5％(重量比)，P≤0.1％(重量比)，S≤0.03％(重量比)，0.02％≤sol.Al≤0.1％(重量比)，0.8％≤Cu≤1.7％(重量比)，0.02％≤Ti≤0.1％(重量比)，其余为Fe以及其它不可缺少元素等。含有上述成分的钢材，由于在金属组织上有铁素体单相组织，故具有和软钢大致相同的良好塑性加工性能，和机械加工性能。另外，上述钢材，由于伴随着Cu的过饱和固溶，发挥时效硬化性能，故在经过固溶淬火以后的齿轮中间产品上，再施加人工时效处理则可将齿轮的机械强度予以提高。更进一步，由于是在含炭量极低状态下含有Ti，上述钢材在固溶处理后的人工时效的温度下，有良好的软氮化特性。换言之，此种钢材的人工时效温度与软氮化温度约大略一致。依此原因，通过对齿轮中间产品施加兼作人工时效处理的软氮化处理以后，不做调质处理，也可将齿轮的疲劳强度提高很多。另外不言而喻，将两种处理过程合并在一起进行，可得到节能和降低造价的效果。从提高疲劳强度的角度看来，最好是表面硬化层(亦即全氮化层，下同)的深度d≥0.6mm。但是，该深度d的上限数值，譬如齿轮的厚度为2.2mm以上时，应定为d＝1.0mm。因当d＞1.0mm时齿轮将要脆化。另外，软氮化处理是在较低温下进行，所以齿轮产生的热处理变形也很小。因此，如果在软氮化处理以前做好剃齿加工(shaving)，则在齿轮软氮化处理后仍可保持高的尺寸精度。因此不需要渗炭处理后必需的齿面研磨精加工。现将上述钢材内含有的化学成分的作用效果，以及数量上所以有限制的理由简述如下C为了在钢材内将其金属组织形成铁素体单向组织而确保高的延展性，且加深依软氮化处理产生的表面硬化层，C之含量最好尽量地少。C之含量若为C＞0.01％(重量比)时，则钢材的延展性将变低，同时表面硬化层也将变薄。SiSi为使钢材强度提高的元素，可依所需强度而调配其含有量。但，Si的含量当在Si＞1％(重量比)时，钢材之延展性下降，从而钢材的塑性加工性能将下降。MnMn与Si一样都是可令钢材提高强度的元素，依所需强度要求可以调配其含有量。但Mn的含量若达到Mn＞0.5％(重量比)时，钢材的延展性能会低下，而当Mn＜0.05％(重量比)时，则失去掺加该元素的效果，同时在钢材的表面易生瑕疵。PP与Si、Mn一样是提高钢材强度的元素，依所需强度要求可以调配其含有量。但当P的含量为P＞0.1％(重量比)时将产生二次加工裂隙。S为提高钢材的延展性，S的含量低较好。当S的含量是S＞0.03％(重量比)时，钢材的延展性将会大幅度降低。AlAl具有提高钢材的软氮化处理的效果。但当Al的含量为Al＞0.1％(重量比)时，钢材的塑性加工性能和机械加工性能都下降，另一方面，若Al＜0.02％(重量比)则无掺入该元素的效果。Cu如前所述，Cu可赋予钢材以时效硬化性。但当Cu含量达到Cu＞1.7％(重量比)时，钢材表面的质量恶化，另一方面，若Cu含量Cu＜0.8％(重量比)时则无掺入该元素的效果。Ti如前所述，Ti在含炭极低条件下，可给钢材赋予良好的软氮化特性。即，Ti和Fe形成微细的复氮化物，有使表面硬化层加深的效果。但当Ti的含量Ti＜0.1％(重量比)时，表面硬化层过深，将使钢材变脆。另一方面，若Ti＞0.02％(重量比)则无掺入该元素的效果。上述钢材之中，作为其它掺入元素Ni，其含量可为0.15％(重量比)≤Ni≤0.7％(重量比)。Ni可提高钢材的表面质量，另外也具有防止热脆性的效果。在钢材为钢板的场合，固溶处理多在热轧之同时进行，在轧制加工过程中，是通过将钢板从精轧温度急冷至卷板温度来进行的。在钢材为钢条的场合，也可在轧制加工的最终阶段进行固溶处理，但若该钢条被用作热锻造加工时，则固溶处理是通过在热锻造加工完成后进行急冷，或在兼作结晶粒度调整用的再加热后进行急冷来进行的。对上述精加工温度及热锻造加工的最终温度，也即固溶处理温度T1，设定为780℃≤T1≤1050℃。但是，若固溶处理温度Ti＜780℃则不能使Cu过饱和地固溶，另一方面，若T1＞1050℃则产生结晶粒的粗大化现象从而导致强度和韧性下降。上述钢材的人工时效温度T2为550℃≤T2≤600℃之间。若人工时效温度T2＞600℃则成为过时效，内部硬度下降，故不能充分提高疲劳强度；另一方面，若T2＜550℃，则不能进行人工时效处理以及软人氮化处理。又，处理时间t最好为2小时≤t≤4小时。若处理时间t＜2小时，则表面硬化层之深度d将为d＜0.6mm，又；若t＞4小时，则该深度d将超出上述上限值d＝1.0mm。附图说明图1具有复合齿轮的曲轴的正面图。图2副齿轮的立体图。图3表示距表面距离与维氏硬度HV 0.2关系的曲线。图4表示应力反复次数N与应力变化幅度σ0之间关系的曲线。如图1所示，曲轴1是用于串联四气缸内燃机的，该曲轴1的旋转扭矩，是通过设于一端部的曲臂2上，具有齿隙消除装置(图未示)的复合齿轮3而传给被动齿轮4的。复合齿轮3是由兼作曲臂2的主齿轮5，和与主齿轮5在同心连线上嵌合于曲轴1而同主齿轮5相接触的副齿轮6所组成。副齿轮6是一种塑性加工齿轮。如图2所示，该副齿轮6呈环形，在其中心部位设有嵌合孔7，并于其周围，在同一圆周上等间隔地形成有若干个方形窗8以及若干个圆形孔9。在各个方形窗8的一端，沿圆周方向设有弯起爪10。该弯起爪10作为齿隙消除装置的一部分而发挥其作用。各个圆形孔9是为减轻副齿轮6的重量而设置的。副齿轮6由于设置有上述嵌接孔7、以及多个方形窗8和多个圆形孔9等，因而要求必须具备相当高的疲劳强度。表1为制作副齿轮6所用钢板的成分组成。表1 该钢板由于是使用带钢热轧机制作而成，故通过从精加工温度(固溶处理温度T1)910℃急冷至卷捆温度300℃而完成固溶处理。钢板厚度为3.5mm。当副齿轮6为冲切而成时，在制造该副齿轮6时，按冲床冲切加工，压床弯曲加工，机械加工，以及兼作人工时效处理的软氮化处理等工序依次进行。以下就其具体作业做简要说明。A.冲床冲切加工依次进行下列工序，即从上述钢板中冲切出直径110mm的毛坯；在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高疲劳强度齿轮，其特征在于，Ｃ≤０．０１％、Ｓｉ≤１％、０．０５％≤Ｍｎ≤０．５％、Ｐ≤０．１％、０．８％≤Ｃｕ≤１．７％、０．０２％≤ｓｏｌ．Ａｌ≤０．１％、Ｓ≤０．０３％、０．０２％≤Ｔｉ≤０．１％，剩余部分为Ｆｅ以及其它不可缺少元素，在固溶处理后，对其施以兼作人工时效处理的软氮化处理。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：久野年生，天孝笃志，久保乾夫，久保克博，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]