齿轮钢 【协会科普丛书】齿轮钢：钢铁世界中的关键材料

“这个家族的历史是一台一直停不下来的机器。它是一个旋转的轮子。如果轴不可避免地逐渐磨损，这个齿轮将永远转动。”诺贝尔文学奖得主马尔克斯在《百年孤独》中用机械核心齿轮的运动来描述家族的运作。

在现实生活中，齿轮也是各种仪器和机器最关键的部件之一，是传递运动和动力的机械部件。可广泛用于制造车辆、船舶、飞机、工业机床、齿轮装置等。有重量小到百万分之一克的医用齿轮(用来清洁脑梗塞患者的脑血管)，也有直径大到12米以上的水力发电机用齿轮。

齿轮作为传动系统的重要组成部分，应具有良好的韧性、长寿命、抗冲击性和耐磨性等性能要求，并且变形小、精度高、噪音低。因此，需要制造齿轮的材料——齿轮钢，既满足齿轮表面的高硬度，又满足核心的强度和韧性。目前制造齿轮的原材料主要是先进的钢材，包括20#钢等低碳钢，20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，35#钢、45#钢等中碳钢，40Cr、42CrMo、35CrMo等中碳钢合金钢。

在齿轮钢的诸多性能中，淬透性是齿轮钢的重要性能指标之一，它主要反映齿轮芯的硬度，控制齿轮的热处理变形。齿轮钢淬透性和淬透性带宽的控制主要取决于材料的化学成分和均匀性。钢铁材料中碳、锰等元素的含量对材料的淬透性有很大影响。一般可以根据钢中的碳和合金元素对淬透性各点硬度值的影响来确定材料的内控成分范围。晶粒度是齿轮钢的另一个重要指标。齿轮钢中细小均匀的奥氏体晶粒经淬火后可获得细小的马氏体组织，可明显改善齿轮的疲劳性能，减少热处理后齿轮的变形。齿轮钢的晶粒度应≥6级。通常，在冶炼过程中应控制钢中的残余铝含量，以实现晶粒细化。

齿轮钢广泛用于汽车、高铁、船舶、飞机等传动装置。为了满足这种使用环境的要求，齿轮钢的种类也有很大的不同。下面简单介绍几种高性能齿轮钢。

(1)8622H钢属于铬镍钼渗碳和碳氮共渗钢，常用于生产重型卡车、挖掘机、起重机、机床等重型机械的传动齿轮和齿轮轴，也常用于制造大扭矩小齿轮和齿轮轴。

(2)冲击能可达112J、性能优于22CrMoH钢的17 CrMoO 6H钢已部分用于我国部分重型车辆驱动桥齿轮的生产。

(3)17Cr2Mn2TiH是一种比17CrNiMo6H钢性能更高的齿轮钢，可用于制造重型卡车驱动桥齿轮和商用齿轮。实验证明，它可以替代17CrNiMo6H、20CrNi3H、22CrMoH等钢种。

目前，我国齿轮行业规模以上制造企业1000多家，多年居世界第一，部分高端产品达到国际先进水平。但中国高端齿轮材料，如汽车用自动变速器、工业机器人用RV减速器、时速≥350km的高速齿轮等，仍然高度依赖进口，外贸逆差巨大。这也引起了国家的高度重视。国家发布的《装备制造业调整振兴规划》明确提出，要把重点发展高精度齿轮传动作为产业转型升级的主要任务之一。相信在不久的将来，国产高端齿轮钢材料将会有很大的突破。