本發(fā)明涉及一種高速齒輪箱用耐磨齒輪，屬于汽車配件技術領域。

背景技術：

變速箱主要指的是汽車的變速箱。它分為手動、自動兩種，手動變速箱主要由齒輪和軸組成，通過不同的齒輪組合產生變速變矩；而自動變速箱AT是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達到變速變矩。然而無論是手動變速箱還是自動變速箱都需要用到變速箱齒輪。

變速箱齒輪經常在高轉速、高負荷、轉速和負荷不斷交變的情況下工作。齒輪除了由于正常磨損外，還會由于潤滑油品質、潤滑條件不良、駕駛操作不當、維修時齒輪裝配相互啃合位置不當等原因，均會造成齒輪沖擊，輪齒啃合得不好以及起步抖動等，都會加速齒輪的磨損和損傷。齒輪是依靠本身的結構尺寸和材料強度來承受外載荷的，這就要求材料具有較高強度韌性和耐磨性；由于齒輪形狀復雜，齒輪精度要求高，還要求材料工藝性好。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提出一種使用壽命長的高速齒輪箱用耐磨齒輪。

本發(fā)明為解決上述技術問題提出的技術方案是：一種高速齒輪箱用耐磨齒輪，其質量百分比成分為：C：0.35-0.56%，Cr：0.11-0.23%，Si：0.21-0.33%，Mn：0.48-0.65%，Zn：1.76-1.88%，Cu：2.13-2.35%，Ag：0.42-0.66%，Au：0.16-0.19%，Pt：0.08-0.15%，Ni：2.37-2.56%，W：1.56-1.75%，Mo：0.05-0.09%，Nd：0.02-0.07%，Ce：0.01-0.03%，Eu：0.11-0.14%，Lu: 0.05-0.08%，Ti：3.68-3.93%，AlN：0.15-0.35%，S≤0.003%，P≤0.003%，滑石粉:0.77-0.96%,氧化鎂：0.39-0.45％, 碳化鎢:0.21-0.26%，蒙脫石:0.55-0.66%，余量為Fe；

所述高速齒輪箱用耐磨齒輪的生產工藝包括以下步驟：

㈠熔煉原料：

a、按預定的高速齒輪箱用耐磨齒輪中各成分的質量百分比將原料加入熔爐內，將熔爐內的溫度提高到1560攝氏度至1580攝氏度，原料被熔煉形成合金溶液；

b、將上一步得到的合金溶液進行冷卻，采用水冷以19-21℃/s的冷卻速率將合金溶液水冷至室溫；

c、加熱，將上一步冷卻后的合金在熔爐內進行二次熔煉，將熔爐內的溫度提高到1580攝氏度至1600攝氏度，合金被二次熔煉形成合金溶液；

d、將熔爐內的合金溶液倒入電爐，在澆包的包坑中依次加入球化劑和孕育劑，用薄鋼板覆蓋在球化劑、孕育劑上，并搗實；

e、將電爐內的合金溶液倒入澆包內凹的另一側，球化反應40s至55s，球化反應充分后，撒一層集渣劑，快速扒渣；

f、快速扒渣后，立即在合金溶液表面撒入膨脹珍珠巖粉，打渣兩遍，打渣完成后，形成待鑄造的合金溶液，在五分鐘內澆注完畢；

㈡蠟模制備：采用機械注蠟，制作與高速齒輪箱用耐磨齒輪尺寸一致并包含有保溫冒口的蠟模，并對蠟模進行修整，之后使用蠟坯清洗劑對蠟模進行清洗；

㈢在步驟㈡制得的蠟模上制作殼模砂型，采用蒸汽脫蠟制得殼模；

㈣殼模焙燒；

㈤將步驟㈣焙燒好的殼模放入按造型工藝準備的砂箱中，并用膠帶封住該殼模上用于澆注的澆口和保溫冒口，然后放入經過配制的混合砂，放滿混合砂后再用造型震實機進行震實，形成砂型；

㈥澆注

澆注前用恒溫300～350攝氏度的熱風機對殼模進行烘烤0.5小時，澆注時，澆注溫度為1350～1450攝氏度，澆注后，鑄件在砂型中保溫0.5～2小時；澆注成型后，進行脫模，破碎殼模，切除鑄件的保溫冒口，得到鑄件

㈦將澆注成型后的鑄件進行熱處理，具體工藝為：

A、加熱：將鑄件加熱至640-665℃，并保溫45-55min；

B、冷卻：采用風冷以15-18℃/s的冷卻速率將鑄件加速冷卻至410-420℃后，再空冷至室溫；

C、一次回火：將鑄件加熱至560-575℃回火41-43min后，待溫30-45s，使鑄件溫度均勻化，之后以28-35℃/s的冷卻速率加速冷卻至355-365℃后，再空冷至室溫；

D、二次回火：將鑄件加熱至614-618℃回火53-59min后空冷至室溫；

E、淬火：鑄件淬火保溫溫度為520℃±20℃，保溫時間為1.5～2.5h；鑄件淬火加熱完成后快速放入水槽水冷25-35分鐘，冷卻槽水溫控制在30～55℃；

㈧在熱處理后的高速齒輪箱用耐磨齒輪的表面進行噴涂處理，具體為：

第一次噴涂：采用超音速電弧噴涂1Cr13涂層，1Cr13涂層噴涂厚度為60±20μm；

第二次噴涂：采用超音速電弧噴涂純鋁涂層，純鋁涂層噴涂厚度為100±50μm；

預氧化：噴涂結束后使用氧乙炔火焰對純鋁涂層表面預氧化，制得高速齒輪箱用耐磨齒輪。

上述技術方案的改進是：高速齒輪箱用耐磨齒輪噴涂處理后外表面覆蓋骨瓷保護層，具體工藝為:

a、配料：骨瓷保護層中各成分的質量百分比成分為：碳化鎢：0.55-0.83%、Zn：1.12-1.23%、蒙脫石：2.15-2.33%、AlN粉：1.15-1.18%、硅灰石：0.23-0.43%、透輝石：1.15-1.23%、防老劑RD：0.12-0.23%、石英:1.31-1.52%、長石:2.11-2.35%、骨炭：4.23-4.47%、滑石粉：2.33-2.65%、鋁粉：1.42-1.57%、氧化鈣：0.73-1.15％、氧化鎂：1.13-1.36％，余量為高嶺土；

b、粉碎:將骨瓷保護層的各原料按質量百分比加入球磨機中進行混合球磨，加入水形成釉漿；

c、除鐵過篩：將上述釉漿用250目到280的篩網進行兩次過濾，過濾后用除鐵器除鐵；

d、濾攪工序：濾去上一步驟中釉漿內多余的水，濾后釉漿的水份在31-35％

e、將加水后的釉漿放入真空練泥機進行練泥，真空度為0.02-0.07Mpa

f、涂覆：將調制好的釉漿涂覆在高速齒輪箱用耐磨齒輪的外表面，厚度為0.35-0.85mm；

g、低溫干燥：將成型后的顆粒填料送入低溫干燥機進行低溫干燥，控制干燥溫度為42-54℃，干燥至成型填料水份小于6%

h、焙燒：將低溫干燥后的高速齒輪箱用耐磨齒輪送入隧道窯焙燒，冷卻后形成骨瓷保護層。

上述技術方案的改進是：其質量百分比成分為：C：0.36%，Cr：0.13%，Si：0.22%，Mn：0.9%，Zn：1.78%，Cu：2.25%，Ag：0.46%，Au：0.17%，Pt：0.09%，Ni：2.38%，W：1.66%，Mo：0.06%，Nd：0.03%，Ce：0.01%，Eu：0.12%，Lu: 0.06%，Ti：3.78%，AlN：0.16%，S≤0.003%，P≤0.003%，滑石粉:0.79%,氧化鎂：0.41％, 碳化鎢:0.22%，蒙脫石:0.85%，余量為Fe。

上述技術方案的改進是：其質量百分比成分為：C：0.52%，Cr：0.18%，Si：0.31%，Mn：0.57%，Zn：1.79%，Cu：2.34%，Ag：0.62%，Au：0.18%，Pt：0.14%，Ni：2.47%，W：1.66%，Mo：0.08%，Nd：0.04%，Ce：0.02%，Eu：0.13%，Lu: 0.04-0.07%，Ti：3.78%，AlN：0.33%，S≤0.003%，P≤0.003%，滑石粉:0.87%,氧化鎂：0.43％, 碳化鎢:0.26%，蒙脫石:0.36%，余量為Fe。

本發(fā)明采用上述技術方案的有益效果是：

（1）本發(fā)明的高速齒輪箱用耐磨齒輪由于原料中含有Zn、Ni和W，加強了齒輪的耐熱和耐腐蝕性能；

（2）本發(fā)明的高速齒輪箱用耐磨齒輪由于原料中含有Ti、Al和稀土元素，減輕了齒輪的質量，增加了結構強度和耐腐蝕性能；

（3）本發(fā)明的高速齒輪箱用耐磨齒輪由于在原料熔煉時進行了二次熔煉，再通過球化反應、扒渣和打渣的配合，使得原料熔煉更加徹底，可以有效去除原料中的雜質，提高鑄件質量；

（4）本發(fā)明的高速齒輪箱用耐磨齒輪由于在澆注操作時，用恒溫的熱風機對殼模進行烘烤，通過對殼模的預熱有效防止在澆注時殼模發(fā)生開裂和破碎；

（5）本發(fā)明的高速齒輪箱用耐磨齒輪由于對鑄件進行熱處理，可控制齒輪的橫向與縱向凹陷造成的表面裂紋，并可使齒輪表面層產生與工作應力相反的殘余應力，受載時可抵消部分工作應力，增加使用壽命；

（6）本發(fā)明的高速齒輪箱用耐磨齒輪由于熱處理時通過兩次回火，第一次回火能夠回轉奧氏體在板條界或板條束界上形成，并在保溫過程中進一步富集合金元素以提高穩(wěn)定性；鐵素體板條束在保溫過程中則發(fā)生回復，同時鐵素體中的有害元素也被排至回轉奧氏體中，從而改善了基體性能；第二次回火能夠在保證強度的前提下使回轉奧氏體富集足夠多的合金元素，使少網狀碳化物，使組織更為均勻，能夠保持結構穩(wěn)定，進一步增強接觸疲勞強度和沖擊韌性；

（7）本發(fā)明的高速齒輪箱用耐磨齒輪由于進行了1Cr13涂層和純鋁涂層的噴涂，大大提高了齒輪的耐熱耐腐蝕性能，延長了使用壽命；

（8）本發(fā)明的高速齒輪箱用耐磨齒輪由于對純鋁涂層進行了預氧化，使得表面產生了致密的氧化膜，使得齒輪的耐高溫耐腐蝕性能進一步提高；

（9）本發(fā)明的高速齒輪箱用耐磨齒輪由于噴涂處理后外表面覆蓋骨瓷保護層，能夠有效保護預氧化后形成的致密的氧化膜，防止齒輪在工作過程中氧化膜被磨損，通過骨瓷保護層的保護，不僅保證了齒輪的耐高溫耐腐蝕性能，還進一步提高了齒輪表面的結構強度，使齒輪更加耐磨，延長使用壽命。

具體實施方式

實施例一

本實施例的高速齒輪箱用耐磨齒輪，其質量百分比成分為：C：0.36%，Cr：0.13%，Si：0.22%，Mn：0.9%，Zn：1.78%，Cu：2.25%，Ag：0.46%，Au：0.17%，Pt：0.09%，Ni：2.38%，W：1.66%，Mo：0.06%，Nd：0.03%，Ce：0.01%，Eu：0.12%，Lu: 0.06%，Ti：3.78%，AlN：0.16%，S≤0.003%，P≤0.003%，滑石粉:0.79%,氧化鎂：0.41％, 碳化鎢:0.22%，蒙脫石:0.85%，余量為Fe；

所述高速齒輪箱用耐磨齒輪的生產工藝包括以下步驟：

㈠熔煉原料：

a、按預定的高速齒輪箱用耐磨齒輪中各成分的質量百分比將原料加入熔爐內，將熔爐內的溫度提高到1560攝氏度至1580攝氏度，原料被熔煉形成合金溶液；

b、將上一步得到的合金溶液進行冷卻，采用水冷以19-21℃/s的冷卻速率將合金溶液水冷至室溫；

c、加熱，將上一步冷卻后的合金在熔爐內進行二次熔煉，將熔爐內的溫度提高到1580攝氏度至1600攝氏度，合金被二次熔煉形成合金溶液；

d、將熔爐內的合金溶液倒入電爐，在澆包的包坑中依次加入球化劑和孕育劑，用薄鋼板覆蓋在球化劑、孕育劑上，并搗實；

e、將電爐內的合金溶液倒入澆包內凹的另一側，球化反應40s至55s，球化反應充分后，撒一層集渣劑，快速扒渣；

f、快速扒渣后，立即在合金溶液表面撒入膨脹珍珠巖粉，打渣兩遍，打渣完成后，形成待鑄造的合金溶液，在五分鐘內澆注完畢；

㈡蠟模制備：采用機械注蠟，制作與高速齒輪箱用耐磨齒輪尺寸一致并包含有保溫冒口的蠟模，并對蠟模進行修整，之后使用蠟坯清洗劑對蠟模進行清洗；

㈢在步驟㈡制得的蠟模上制作殼模砂型，采用蒸汽脫蠟制得殼模；

㈣殼模焙燒；

㈤將步驟㈣焙燒好的殼模放入按造型工藝準備的砂箱中，并用膠帶封住該殼模上用于澆注的澆口和保溫冒口，然后放入經過配制的混合砂，放滿混合砂后再用造型震實機進行震實，形成砂型；

㈥澆注

澆注前用恒溫300～350攝氏度的熱風機對殼模進行烘烤0.5小時，澆注時，澆注溫度為1350～1450攝氏度，澆注后，鑄件在砂型中保溫0.5～2小時；澆注成型后，進行脫模，破碎殼模，切除鑄件的保溫冒口，得到鑄件

㈦將澆注成型后的鑄件進行熱處理，具體工藝為：

A、加熱：將鑄件加熱至640-665℃，并保溫45-55min；

B、冷卻：采用風冷以15-18℃/s的冷卻速率將鑄件加速冷卻至410-420℃后，再空冷至室溫；

C、一次回火：將鑄件加熱至560-575℃回火41-43min后，待溫30-45s，使鑄件溫度均勻化，之后以28-35℃/s的冷卻速率加速冷卻至355-365℃后，再空冷至室溫；

D、二次回火：將鑄件加熱至614-618℃回火53-59min后空冷至室溫；

E、淬火：鑄件淬火保溫溫度為520℃±20℃，保溫時間為1.5～2.5h；鑄件淬火加熱完成后快速放入水槽水冷25-35分鐘，冷卻槽水溫控制在30～55℃；

㈧在熱處理后的高速齒輪箱用耐磨齒輪的表面進行噴涂處理，具體為：

第一次噴涂：采用超音速電弧噴涂1Cr13涂層，1Cr13涂層噴涂厚度為60±20μm；

第二次噴涂：采用超音速電弧噴涂純鋁涂層，純鋁涂層噴涂厚度為100±50μm；

預氧化：噴涂結束后使用氧乙炔火焰對純鋁涂層表面預氧化，制得高速齒輪箱用耐磨齒輪；

高速齒輪箱用耐磨齒輪噴涂處理后外表面覆蓋骨瓷保護層，具體工藝為:

a、配料：骨瓷保護層中各成分的質量百分比成分為：碳化鎢：0.55-0.83%、Zn：1.12-1.23%、蒙脫石：2.15-2.33%、AlN粉：1.15-1.18%、硅灰石：0.23-0.43%、透輝石：1.15-1.23%、防老劑RD：0.12-0.23%、石英:1.31-1.52%、長石:2.11-2.35%、骨炭：4.23-4.47%、滑石粉：2.33-2.65%、鋁粉：1.42-1.57%、氧化鈣：0.73-1.15％、氧化鎂：1.13-1.36％，余量為高嶺土；

b、粉碎:將骨瓷保護層的各原料按質量百分比加入球磨機中進行混合球磨，加入水形成釉漿；

c、除鐵過篩：將上述釉漿用250目到280的篩網進行兩次過濾，過濾后用除鐵器除鐵；

d、濾攪工序：濾去上一步驟中釉漿內多余的水，濾后釉漿的水份在31-35％

e、將加水后的釉漿放入真空練泥機進行練泥，真空度為0.02-0.07Mpa

f、涂覆：將調制好的釉漿涂覆在高速齒輪箱用耐磨齒輪的外表面，厚度為0.35-0.85mm；

g、低溫干燥：將成型后的顆粒填料送入低溫干燥機進行低溫干燥，控制干燥溫度為42-54℃，干燥至成型填料水份小于6%

h、焙燒：將低溫干燥后的高速齒輪箱用耐磨齒輪送入隧道窯焙燒，冷卻后形成骨瓷保護層。

實施例二

本實施例的高速齒輪箱用耐磨齒輪與實施例一基本相同，不同之處在于其質量百分比成分為：C：0.52%，Cr：0.18%，Si：0.31%，Mn：0.57%，Zn：1.79%，Cu：2.34%，Ag：0.62%，Au：0.18%，Pt：0.14%，Ni：2.47%，W：1.66%，Mo：0.08%，Nd：0.04%，Ce：0.02%，Eu：0.13%，Lu: 0.04-0.07%，Ti：3.78%，AlN：0.33%，S≤0.003%，P≤0.003%，滑石粉:0.87%,氧化鎂：0.43％, 碳化鎢:0.26%，蒙脫石:0.36%，余量為Fe。

本發(fā)明不局限于上述實施例。凡采用等同替換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。