中国齿轮用钢合金化体系的选用及淬透能力的构成
常曙光
中国齿轮专业协会专家委
一．齿轮制造对齿轮用钢合金化体系及淬透能力构成的要求
1．保证齿轮有高的抗弯曲疲劳性能
（1） 足够的抗弯强度：齿轮用钢合金化体系的构成应当与各种齿轮心部
的冷却速度相匹配；保证各种齿轮都能有理想的心部硬度。
（2） 低的氧含量（脆性夹渣物）：疲劳裂纹源数量少。
（3） 齿轮心部的塑韧性高，缺口敏感性低：疲劳裂纹扩张速度慢。 2．保证齿轮有高的接触疲劳性能
(1) 齿轮热处理后渗层的非马组织不高
（2） 齿轮用钢合金化体系的构成应当与各种齿轮渗层的冷却速度相匹配；
保证各种齿轮热处理后渗层的残余奥氏体含量适中
（3） 齿轮热处理后渗层的马氏体组织不粗
（4） 齿轮热处理后渗层的碳化物弥散分布或没有碳化物析出 3．保证齿轮的加工精度
(1） 齿轮的热处理变形波动幅度小：变形对钢的成分波动和齿轮热处理
冷速的波动敏感度不高。 (2） 齿轮热处理变形量小
4．保证齿轮有良好的切削性能 5．齿轮渗碳后，能采用直接淬火工艺 6．保证齿轮钢材具有价格竞争优势
二．国内外齿轮用钢合金化体系及淬透能力构成的现状
齿轮的抗弯曲疲劳能力、抗接触疲劳能力、齿轮的啮合精度三大要素，决定了齿轮的使用寿命。齿轮用钢合金化体系与淬透能力的构成，是决定三大要素水
平高低，最重要的先决条件。因此，揭示与分析国内外齿轮用钢合金化体系与淬透能力的构成，十分重要。 1．
美 国
钢号 合金化体系 保障齿轮心部34～40HRC的淬透能力
SAE1522H Mn J3.5
SAE4118H Mn-Cr-Mo J3.5 SAE8617H Cr-Mn-Ni-Mo J4.0 SAE4620H Ni－Mo J4.5 SAE5120H Mn－Cr J4.5 SAE1524H Mn J4.8 SAE4720H Ci-Ni-Mo J5.0 SAE8620H Cr-Mn-Ni-Mo J5.5 SAE4815H Ni－Mo J6.0 SAE8720H Cr-Mn-Ni-Mo J6.0 SAE8622H Cr-Mn-Ni-Mo J6.4 SAE4320H Cr-Ni-Mo J6.5 SAE4817H Ni－Mo J7.5 SAE8822H Cr-Mn-Ni-Mo J8.0 SAE4820H Ni－Mo J9.5 SAE4820H(上) Ni－Mo J15.0 22CrNiMoH Cr-Mn-Ni-Mo J15.0 SAE9310H Cr-Mn-Ni-Mo SAE94B17H Cr-Mn-Ni-Mo-B J15.0
2． 欧 洲
钢号 合金化体系 16MnCr5H Mn－Cr J6.5
注解 保障齿轮心部34～40HRC的淬透能力
25MnCr5H Mn－Cr J5.0 ZF6 Mn-Cr-(B) J5.0 20MoCr4 Cr－Mo J5.0 28MnCr5H Mn－Cr J7.0 ZF7 Mn-Cr-(B) J7.5 20MnCr5H Mn－Cr J9.0 20CD4 Cr－Mo J9.0 19CN5H Cr－Ni J9.0 ZF7BH Mn-Cr-(B) J10.0 15CrNi6H Cr－Ni J11.0 21NiCrMo5H Cr-Mn-Ni-Mo J11.0 27MnCr5H Mn－Cr J15.0 15CrNi6H（上） Cr－Ni J15.0 21NiCrMo5H(上) Cr-Mn-Ni-Mo J15.0 27CD4 Cr－Mo J15.0 30CD4 Cr－Mo J21.0 17NiCrMo6H Cr-Mn-Ni-Mo J25.0 18NiCrMo6H Cr-Mn-Ni-Mo J40.0 18CrNi8H Cr－Ni J50.0
3． 日 本
钢号 合金化体系 SNC415H Ni－Cr J3.5 SMn420H Mn J3.7 SCr415H Cr J4.0 SCM415H Cr－Mo J4.0
保障齿轮心部34～40HRC的淬透能力
SNCM220H Cr-Ni-Mo J5.0 SCM418H Cr－Mo J5.5 SCr420H Cr J6.0 SMnC420H Cr－Mn J6.0 SNCM420H Ci-Ni-Mo J6.5 SMn433H Mn J7.0 SCM420H Cr－Mo J7.0 SCM822H(下) Cr－Mo J9.5 SNC815H Ni－Cr J10.0 SCr430H Cr J11.0 SCM822H Cr－Mo J12.0 SCM822H(上) Cr－Mo J15.0 SNC631H Ni－Cr J35.0
4． 前苏联
钢号 合金化体系 15Г Mn J3 12XH2 Cr－Ni J3.0 15H2M Ni－Mo J3.0 Г Mn J4 －Ni J4.5 12XH3 Cr－Ni 18XГT Cr-Mn-Ti J6.0 18XГ Cr－Mn J7.0 15XГH2T Cr-Mn-Ni-Ti J7.5
保障齿轮心部34～40HRC的淬透能力 J5.0
20 20XH Cr 20XH2M Cr-Ni-Mo J8.0
25XГT Cr-Mn-Ti J11.0 20XH3 Cr－Ni J11.0 12X2H4 Cr－Ni J14.0 25XГH M Cr-Mn-Ni-Mo J15 20XГHTP Cr-Mn-Ni-Ti-B J18.0 25XM Cr-Mn-Mo J21.0 20XГP Cr-Mn-B J22.0 27XГP Cr-Mn-B J29.0 14X2H3M Cr-Ni-Mo J36.0 20X2H4 Cr－Ni J45.0 18X2H4M Cr-Ni-Mo >J50.0
5． 中国
目前，我国齿轮用钢的合金化体系，涵盖了世界各国的合金钢体系；是苏、美、日、德、英、法、意、以及中国自主创新合金化体系的总和。
三．中国在齿轮用钢合金化体系和淬透能力构成方面的探索 1．中国合金化体系的选用
从美、日、欧、苏齿轮用钢合金化体系看出：美国主要是Cr-Ni-Mo系；日本主要是Cr-Mo和Cr-Ni-Mo系，其中Cr-Mo比例更大一些；欧洲国家中：德、意、奥三国的变速箱齿轮用钢主要是Mn-Cr系，ZF公司的ZF6、ZF7、ZF7B实际上也是Mn-Cr系，其中的B元素是用于降低钢中的N，提高钢的韧性，对提高淬透性不起作用；法国变速箱用钢是Cr-Mo系。欧洲各国驱动桥齿轮用钢：全部用Cr-Ni-Mo系。前苏联变速箱齿轮用钢是Cr-Ni 、Cr-Mn-Ti 、Cr-Ni-Mo，其中Cr-Mn-Ti占主要地位；驱动桥齿轮用钢是Cr-Ni-Mo-Ti 、Cr-Ni系，其中主要用Cr-Ni系。 综上所述：除德、意、奥、苏变速箱用钢是Cr-Mn-Ti或Cr-Mn外，其它全部齿轮用钢都含Ni 、Mo元素。
为什么Ni 、Mo元素在齿轮钢的合金化体系中占有如此重要的位置？为什么德、意、奥、苏变速箱用钢采用Cr-Mn系；驱动桥齿轮用Cr-Ni-Mo系？Ni 、