一种中碳合金钢材质的变速器输出轴及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中碳合金钢材质的变速器输出轴及其制备方法，包括C:0.40％～0.50％，Si:0.10％～0.37％，Mn:0.40％～0.90％，Cr:0.45％～1.30％，Ni:1.00％～2.00％，V:0.05％～0.30％，Mo:0.15％～0.40％，S:≤0.025％，P:≤0.025％，Cu:≤0.25％，其余量为Fe，使元素发挥出相互协同作用，并开发了新的渗碳热处理工艺，以及满足渗碳热处理后的零件几何尺寸变形要求，制得的中碳合金钢材质的变速器输出轴具有高静扭强度和疲劳寿命，保证了零件获得高强度的同时心部具有良好的韧性，解决了大扭矩变速器输出轴的强度低问题。强度低问题。强度低问题。

【技术实现步骤摘要】
一种中碳合金钢材质的变速器输出轴及其制备方法


[0001]本专利技术属于冶金行业
，涉及一种中碳合金钢材质的变速器输出轴及其制备方法。

技术介绍

[0002]变速器作为汽车动力系统的重要组成部分，起着改变转矩、转速与驱动方向的作用，使汽车的驱动力、速度与行驶方向能够适应不同的工况，同时也使得发动机的动力利用得更加充分合理。重型卡车由于承载较重，通常在14吨至100吨；又由于我国道路状况复杂多变，对变速器可靠性的要求越来越高。变速器输出轴，是将发动机传递到变速器的转矩传递给传动轴，其结构示意图和剖面图，如1图所示。输出轴的设计长度为250～300mm，外径为两端带有花键，一端为粗花键，另一端为细花键，细花键端部的花键轴头有螺纹，大花键端部有内孔。一般选择低碳合金钢，如17CrNiMo6或20CrNi3材料，零件经过渗碳热处理获得高的表面硬度和良好的心部韧性，使其具有优异的疲劳和冲击性能。
[0003]随着变速器朝着大扭矩、高功率密度和轻量化发展，对变速器的输出轴的性能要求也越来越高。输入扭矩2400N.m
‑
3200N.m的重型卡车变速器是未来发展的重点，按照传动速比和《QC/T568汽车机械式变速器总成技术条件及台架试验方法》的规定，要求变速器输出静扭强度达到72KN.m以上甚至更高，而目前使用的材料，其静扭强度均不能满足此要求。
[0004]要提高轴类零件的静扭强度，目前行业采用中碳钢感应淬火处理，如公开专利CN107470852 B、CN105714087A、CN107470852B等等，以获得高的静扭强度。但是由于重卡变速器输出轴结构复杂，大花键、小花键以及中间光轴的部位直径不同，表面均需要感应淬火，感应加热的工艺过程参数设计存在一定的难度；同时大花键内孔因装配轴承，需要高的表面硬度来提升耐磨性，但内孔壁薄，若感应加热参数设计不合理，极易与表面感应产生的硬化层发生叠加，致使输出轴端部产生裂纹。中碳钢很少进行渗碳热处理，因为其淬透性太高会导致轴类零件心部硬度过高，从而导致脆性增强；并且也可能会出现热处理变形大而导致零件无法装配使用。综上所述，现有技术中存在大扭矩变速器输出轴的强度低问题，其心部硬度过高，从而导致脆性增强，导致无法装配的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种中碳合金钢材质的变速器输出轴及其制备方法，保证了零件获得高强度的同时心部具有良好的韧性，以及满足渗碳热处理后的零件几何尺寸变形要求，从而解决大扭矩变速器花键输出轴的强度低问题。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种中碳合金钢材质的变速器输出轴，包括，
[0008]按质量百分比计，包括如下组分：
[0009]C:0.40％～0.50％，Si:0.10％～0.37％，Mn:0.40％～0.90％，Cr:0.45％～1.30％，Ni:1.00％～2.00％，V:0.05％～0.30％，Mo:0.15％～0.40％，S:0～0.025％，P:0
～0.025％，Cu:0～0.25％，其余量为Fe。
[0010]优选的，所述中碳合金钢材质的变速器输出轴的表面硬度达到50
‑
55HRC，心部硬度40
‑
45HRC。
[0011]优选的，所述中碳合金钢材质的变速器输出轴的静扭强度至少为83KN
·
m。
[0012]优选的，所述中碳合金钢材质的变速器输出轴的表面微观组织为回火索氏体，且心部微观组织为回火索氏体。
[0013]一种中碳合金钢材质的变速器输出轴的制备方法，包括
[0014]将各组分材料按如下质量百分比称取，C:0.40％～0.50％，Si:0.10％～0.37％，Mn:0.40％～0.90％，Cr:0.45％～1.30％，Ni:1.00％～2.00％，V:0.05％～0.30％，Mo:0.15％～0.40％，S:0～0.025％，P:0～0.025％，Cu:0～0.25％，其余量为Fe，进行熔融冶炼，依次经过炉外精炼，真空脱气和铸造工艺制成圆钢棒，再将制成的圆钢棒经过锻造得到输出轴毛坯，对输出轴毛坯进行正火处理，精加工处理后得到输出轴半成品，再输出轴半成品置于渗碳炉中进行渗碳处理，依次经升温，强渗，扩散，保温，油冷处理以及回火风冷后得到中碳合金钢材质的变速器输出轴。
[0015]优选的，所述锻造的具体过程为：
[0016]根据零件规格将圆钢棒进行剪切下料成所需要的尺寸，再将剪切的圆钢棒进行中频感应加热至1050℃～1250℃，经过楔横轧工艺进行轧制成输出轴毛坯。
[0017]优选的，所述输出轴毛坯进行正火处理的工艺条件为：加热温度到达900℃～930℃，保温2～5h后，再随炉冷却至600℃～670℃，进行保温2～4h，出炉冷却，且硬度要求控制在170～240HBW。
[0018]优选的，所述精加工处理的具体处理过程为：
[0019]对正火处理后的输出轴毛坯进行加工，加工的依次为工序为粗车，钻深孔，精车，镗内孔，钻油孔和滚花键后制得输出轴半成品。
[0020]优选的，所述渗碳热处理工艺具体为：快速升温至855～885℃并保温20～30min，升温阶段的碳势为0.70～0.85C％；升温至910～935℃进行强渗，时间为100～140min，强渗阶段的碳势为1.0～1.15C％；然后在910～935℃进行扩散，时间为130～150min，扩散阶段的碳势为0.70～0.85C％；最后迅速降温至840～865℃并保温30～50min，保温阶段的碳势为0.60～0.75C％；渗碳热处理后从炉膛后室拉到前室进行油冷淬火，采用分级冷却油进行冷却，油温为60～80℃，搅拌时间为30～50min，搅拌速度为100～200rpm。油冷结束后沥油15～30min。清洗后将输出轴再次加热至400℃～460℃进行回火处理，于氮气气氛中保温2h～5h后空冷至室温，制得中碳合金钢材质的变速器输出轴。
[0021]优选的，所述渗碳处理的气氛为氮气和甲醇，其中氮气和甲醇的配比为：氮气流量为4.0～6.0m3/h，甲醇流量为4.5～5.5L/h。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0023]本专利技术提供了一种中碳合金钢材质的变速器输出轴及其制备方法，通过优化合金中化学元素的配比，其化学成分为C:0.40％～0.50％，Si:0.10％～0.37％，Mn:0.40％～0.90％，Cr:0.45％～1.30％，Ni:1.00％～2.00％，V:0.05％～0.30％，Mo:0.15％～0.40％，S:允许残余含量≤0.025％，P:允许残余含量≤0.025％，Cu:允许残余含量≤0.25％，其余量为Fe，使元素发挥出相互协同作用，并开发了新的渗碳热处理工艺，保证了
零件获得高强度的同时心部具有良好的韧性，以及满足渗碳热处理后的零件几何尺寸变形要求，制得的中碳合金钢材质的变速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中碳合金钢材质的变速器输出轴，其特征在于，按质量百分比计，包括如下组分：C:0.40％～0.50％，Si:0.10％～0.37％，Mn:0.40％～0.90％，Cr:0.45％～1.30％，Ni:1.00％～2.00％，V:0.05％～0.30％，Mo:0.15％～0.40％，S:0～0.025％，P:0～0.025％，Cu:0～0.25％，其余量为Fe。2.根据权利要求1所述的一种中碳合金钢材质的变速器输出轴，其特征在于，所述中碳合金钢材质的变速器输出轴的表面硬度达到50
‑
55HRC，心部硬度40
‑
45HRC。3.根据权利要求1所述的一种中碳合金钢材质的变速器输出轴，其特征在于，所述中碳合金钢材质的变速器输出轴的静扭强度至少为83KN
·
m。4.根据权利要求1所述的一种中碳合金钢材质的变速器输出轴，其特征在于，所述中碳合金钢材质的变速器输出轴的表面微观组织为回火索氏体，且心部微观组织为回火索氏体。5.一种中碳合金钢材质的变速器输出轴的制备方法，基于权利要求1
‑
4任一项所述的中碳合金钢材质的变速器输出轴，其特征在于，包括：将各组分材料按如下质量百分比称取，C:0.40％～0.50％，Si:0.10％～0.37％，Mn:0.40％～0.90％，Cr:0.45％～1.30％，Ni:1.00％～2.00％，V:0.05％～0.30％，Mo:0.15％～0.40％，S:0～0.025％，P:0～0.025％，Cu:0～0.25％，其余量为Fe，进行熔融冶炼，依次经过炉外精炼，真空脱气和铸造工艺制成圆钢棒，再将制成的圆钢棒经过锻造得到输出轴毛坯，对输出轴毛坯进行正火处理，精加工处理后得到输出轴半成品，再输出轴半成品置于渗碳炉中进行渗碳处理，依次经升温，强渗，扩散，保温，油冷处理以及回火风冷后得到中碳合金钢材质的变速器输出轴。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂伟民，严鉴铂，寇植达，高占盛，何亮亮，海侠女，黄太伟，张晓菊，
申请(专利权)人：西安法士特汽车传动有限公司，
类型：发明
国别省市：