锰铜合金奥贝球铁汽车后桥螺旋锥齿轮及其制备方法

摘要

本发明涉及锰铜合金奥贝球铁汽车后桥螺旋锥齿轮及其制备方法。该齿轮是以普通新生铁为原材料，采用冲天炉和电炉双联熔炼，以稀土镁硅铁合金为球化剂，处理后造渣除渣，分两次孕育浇注齿轮毛坯，再经机加工、等温淬火和回火处理后制成。该齿轮的组成重量百分比为：C 3.4～3.8％，Si 2.4～2.9％，Mn 0.4～1.0％，Cu 0.5～1.2％，＜0.06％P，＜0.02％S，余量为铁。合金成分选用Mn、Cu保证淬透性的前提下，具有强度、塑性、韧性、抗疲劳性能和耐磨性都很高的综合力学性能。锰铜合金奥贝球铁特别适合替代20CrMnTi合金锻钢生产EQ140和EQ145汽车后桥螺旋锥齿轮，而成本明显降低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种锰铜合金奥贝球铁汽车后桥螺旋锥齿轮及其制备方法。

背景技术

1977年M·Johansson宣布芬兰Kymi Kymmene公司所属的Karkkila铸造厂发明了奥贝球铁(ADI)，并在美、英、法、加等13个国家申请了专利。这种球铁以贝氏体型铁素体和奥氏体为基体组织，其中含有20～40％的奥氏体，赋予这种球铁较高的塑性和韧性，具有优异的综合机械性能。而且由于奥氏体具有加工硬化能力，能显著提高其疲劳强度和耐磨性。这种材料特别适合于替代20CrMnTi合金锻钢制造齿轮，并具有重量轻、噪声小，节省能源等优点。

生产合格的奥贝球铁通常需要加入Mo、Ni、Cu等合金元素提高材料的淬透性，此外，对原材料的锰量有严格限制(Mn＜0.3％)。目前国内外生产的合金奥贝球铁主要是MoCu系、MoNi系和MoCuNi系。近年来，由于钼铁和镍板等原材料价格的暴涨，使得这三种类型的合金奥贝球铁的制造成本大大提高，而且对锰量的严格要求限制了生铁来源，严重制约了奥贝球铁的推广应用。

自1980年以来，我国对奥贝球铁也进行了研究与开发，常用MoCu系和MoCuNi系，应用于拖拉机末端齿轮和发动机正时齿轮取得了较好的成果，但力学性能的稳定性和生产成本问题有待解决。

当前，全球性的能源危机和环境污染问题要求汽车轻量化势在必行。与20CrMnTi合金锻钢相比，采用奥贝球铁制造齿轮可使产品重量减少10％，可减少汽车的燃油消耗和尾气排放。此外，20CrMnTi合金钢齿轮的制造需要经过冶炼与轧制(锻钢型材生产)、锻造和长时间渗碳淬火热处理等一系列工序，消耗大量能源。而采用奥贝球铁制造齿轮，由生铁锭直接熔铸而成，并全面地缩短和简化了热处理环节，显著节省能源。因此，采用奥贝球铁代替20CrMnTi合金钢制造汽车齿轮对节能降耗和汽车工业的发展具有战略意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种新型的锰铜合金奥贝球铁，主要利用锰和铜保证材料的淬透性，并具有高的强度、塑性和韧性及好的耐磨性，适用于生产汽车(EQ140、EQ145)后桥螺旋锥齿轮。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的锰铜合金奥贝球铁汽车后桥螺旋锥齿轮，其组成重量百分比为：C 3.4～3.8％，Si 2.4～2.9％，Mn 0.4～1.0％，Cu 0.5～1.2％，＜0.06％P，＜0.02％S，余量为铁。

本发明提供的制备上述锰铜合金奥贝球铁汽车后桥螺旋锥齿轮的方法是：以普通新生铁为原材料，合金成分选用Mn、Cu保证材料的淬透性，采用熔炼设备熔化，以稀土镁硅铁合金为球化剂，处理后造渣除渣，分两次孕育浇注齿轮毛坯，保证球化率为1～2级，球径大小6～7级；齿轮毛坯经机加工后，进行等温淬火和回火处理，即可。本发明与常用的20CrMnTi合金锻钢齿轮比较，具有以下主要优点：

其一.本发明力学性能如下(砂型铸造25mmY型试块取样)：

σ_b1020～1100MPa，δ6.1～8.8％，α_k70～120J/cm²，HRC32～34，强力喷丸后HRC36～39，综合力学性能高，达到或超过国外标准，而且力学性能的稳定性好。

其二.以普通新生铁和回炉料为原材料，采用冲天炉和电炉双联熔炼。对新生铁的含Mn量无特殊限制要求，突破了传统奥贝球铁对锰量的严格限制，扩大了新生铁的来源，方便生产。

其三.利用廉价的锰并加入适量的铜代替昂贵的钼、镍提高材料的淬透性，可显著降低生产成本。

其四.热处理工艺参数可在较大范围内变动，等淬工艺性好，而且热处理变形小。

其五.研制的锰铜合金奥贝球铁汽车后桥螺旋锥齿轮(EQ140、EQ145主动锥齿轮和从动锥齿轮)已通过台架试验，达到了国家标准。试验后撤卸检验发现，齿面无裂纹、点蚀等缺陷，磨损量小。

其六.齿轮毛坯生产采用普通的潮模砂造型，铸造工艺简单，实用于工业化大批量生产。

具体实施方式

本发明采用锰铜系，利用廉价的锰并加入适量的铜保证材料的淬透性，而不需要添加昂贵的钼、镍合金元素，合金成分在保证淬透性的同时，也保证了奥贝球铁强度及塑韧性高的特点，同时也突破了传统奥贝球铁生产要求采用低锰生铁(Mn＜0.3％)的严格限制，生产成本明显低于20CrMnTi合金锻钢齿轮。

本发明锰铜合金奥贝球铁汽车后桥螺旋锥齿轮的组成重量百分比为：C 3.4～3.8％，Si 2.4～2.9％，Mn 0.4～1.0％，Cu 0.5～1.2％，＜0.06％P，＜0.02％S，余量为铁。

上述锰铜含量的重量百分比可以采用：Mn 0.6～0.9％，Cu 0.7～1.1％。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明的内容。

实施例1：

操作方法：以普通新生铁为原材料，合金成分为C 3.5～3.7％，Si 2.6～2.8％，Mn 0.6～0.8％，Cu 0.7～0.9％，＜0.06％P，＜0.02％S，余量为铁。采用冲天炉和电炉双联熔炼，以稀土镁硅铁合金为球化剂，处理后造渣除渣，用75％硅铁分两次孕育浇注齿轮毛坯(EQ140汽车后桥螺旋主动锥齿轮和从动锥齿轮)，保证球化率为1～2级，球经大小6～7级，齿轮毛坯经机加工后加热到870～910℃，保温2小时，淬入盐浴终温为360～375℃的盐槽中，保温2小时，随后在310～330℃回火3小时，即可制成锰铜合金奥贝球铁汽车后桥螺旋锥齿轮。

技术指标：残余奥氏体含量为25～35％，力学性能为σ_b1035～1088MPa，δ6.5～8.5％，α_k80～115J/cm²，HRC32～34，强力喷丸后HRC36～39。

实施例2：

操作方法：除Mn为0.8～1.0％、Cu为0.5～0.7％外，其它同实施例1。

技术指标：残余奥氏体含量为25～35％，力学性能为σ_b1020～1100MPa，δ6.1～7.6％，α_k70～110J/cm²，HRC32～34，强力喷丸后HRC37～39。

实施例3：

操作方法：除Mn为0.4～0.6％，Cu为1.0～1.2％外，其它同实施例1。

技术指标：残余奥氏体含量为25～35％，力学性能为σ_b1025～1080MPa，δ6.3～8.8％，α_k85～120J/cm²，HRC32～33，强力喷丸后HRC36～38。