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齿轮钢标准GB5216释义

GB5216 齿轮钢标准
根据特钢协会统计,2004年特钢企业共计生产齿轮钢材141万吨。主要是车辆用齿轮钢,约占70%,主要生产的钢种有20CrMnTiH、20CrMoH。
汽车齿轮主要用于汽车的齿轮箱,用于汽车的传动和变速。随着汽车尤其是轿车的提速,齿轮变速箱的最大扭矩不断提高,以桑车为例最大扭矩可以从l45Nm(普桑)提高到200Nm(帕萨特)。这就要求汽车齿轮材料作相应的变化。一对啮合齿轮在运行过程中,齿面之间既有滚动,又有滑动,齿根部受到脉动和交变弯曲应力的作用。因此,高质量齿轮钢不但要有良好的强韧性、耐磨性,应能很好地承受冲击,弯曲和接触应力,而且还要求变形小,精度高和噪音低。

㈠、标准的沿革
最早我国的齿轮钢是采用GB3077《合金结构钢》中的牌号,在订货时附加淬透性的要求。于1985年我国首次颁布了GB/T5216-85《保证淬透性结构钢技术条件》。该标准是在对国内生产企业大量生产数据的数理统计回归的基础上并参照国外标准制定的,它包括45H、40MnBH、20CrH、20CrMnTiH、20MnVBH、20MnTiBH、20CrMnMoH和20CrNiMoH等15个牌号,其中常用的牌号是 20CrMnTi。该标准发布与执行极大地促进了齿轮钢发展。
但是,由于我国现行的GB5216-85标准中淬透性带宽度为12HRC,而汽车厂向钢厂订货提出的要求是6-7HRC,甚至希望最好达到3-4HRC的宽度。而在国外,尤其是汽车生产企业对齿轮钢的淬透性带宽也提出了较严的要求(见表1)。
表1 国外公司对齿轮钢淬透性带宽度的要求(HRC)
公司 钢系 淬透性带宽度 典型钢号
德国大众
MnCr5 6-8 16、28MnCr25
CrMnB 7-8 ZF6、ZF7
日本小松
CrMo 8 SCM420
CrNiMo 5 SNCM420
美国休斯通用
CrNiMo 8 SAE8620
同时,我国每年从德国、日本、美国、意大利、法国等国家进口相当大一部分保证淬透性结构钢,其中有些牌号我国标准并没有收录或技术条件差别较大,其订货一般按国外标准或国际标准,使我国标准地应用受到了影响。为了满足汽车工业的需要,于2001年将该标准列入国家标准修订项目,经过标准起草小组的努力工作,新修订后的标准于2004年批准实施。

㈡、修订主要技术内容
⒈牌号
2004年标准比原标准中钢的牌号由15个增加到24个,增加了15CrH、20Cr1H、15CrMoH、20CrMoH、22CrMoH、42CrMoH、16CrMnH、20CrMnH、15CrMnBH、17CrMnBH、20CrNi2MoH等11个牌号,删除了很少使用的20MnMoBH和22MnVBH等2个牌号。新增牌号中参考日本标准增加了Cr系,主要参考德国标准增加了Cr-Mn系,主要参考德国ZF钢增加了Cr-Mn-B系,参考美国SAE标准增加了20CrNi2MoH。
原有牌号的主要化学成分没有变化,新增牌号的主要化学成分与其对应的外国牌号相同或相近。因冶炼水平的提高,残余元素方面,部分钢类的硫、磷含量有所降低,优质碳素结构钢的硫、磷含量从0.040%降低到0.035%,高级优质合金结构钢的硫、磷含量从0.030%降低到0.025%。同时,铬、镍、铜等残余元素的含量与上级标准“GB/T699-1999碳素结构钢”和“GB/T3077-1999合金结构钢”相一致。此外,增加了高级优质碳素结构钢,其残余元素含量要求与GB/T699一致。
⒉淬透性带的划分及订货方式
我国主要钢厂保证淬透性结构钢的生产水平已经提高,淬透性带宽大大低于GB/T5216-1985规定的水平。同时,为满足不同用户需求,需要对保证淬透性结构钢进行等级划分。参考国际标准ISO683-18:1996(E)和德国标准DIN EN10084-1998(欧洲标准),保留原淬透性带(称为基带,或H带)的基础上,将淬透性带进一步划分上2/3带(HH带)和下2/3带(HL带)。以20CrMnTiH钢为例,H带中J9点硬度值范围还是30~42HRC,宽度为12HRC;增加的HH带中J9点硬度值范围为34~42HRC,宽度为8HRC;HL带中J9点硬度值范围为30~38HRC,宽度也为8HRC。可见,HH带和HL带比H带宽度要求提高,分别可以满足不同用户的要求。
在订货方法上,仍保留原有的A、B、C和D四种方法,并且每种方法的含义也没有改变。但是,四种方法均可以以H带、HH带和HL带订货,订货时必须说明采用的淬透性带,如HH带B法。可见,实际的订货方法有12种之多,从而细化产品等级,可以充分反映钢厂生产水平和不同用户要求。此外,在供货方式上,参照国际标准ISO683-18:1996(E)和德国标准DIN EN10084-1998(欧洲标准),增加“末端淬透性可以采用实测和按公式计算淬透性两种供货方式,从而为增加了供货的灵活性。

㈢、国外相应标准对比分析
本次修订对国际标准化组织ISO683-18:1996(E)、美国ASTM A304-1996、美国SAE J1268-1995、日本JIS G4052-1979、德国DIN EN10084-1998、前苏联ГOCT4543-1971和英国BS907-1996标准,从牌号、化学成分、力学性能、淬透性检验方法及带宽、晶粒度、非金属夹杂物、低倍组织等方面进行对比分析。
⒈牌号
鉴于各国资源和生产工艺条件的差异,美、日、德等工业发达国家,从使用要求、资源条件、经济耐用的角度出发,形成了各自的系列标准。美国标准ASTM A304-1996有钢号87个,采用Cr-Ni-Mo系(SAE8615、8620),国际标准ISO683-18:1996(E)有钢号31个,德国标准DIN EN10084-1998有钢号29个采用的是Mn-Cr系列(16MnCr5、20MnCr5、25MnCr5、27MnCr5),日本标准JIS G4052-1979有钢号23个,应用Cr系和Cr-Mo系(SCM415H、SCM420H),前苏联标准ГOCT4543-1971有钢号18个。它们是当前最主要的几大齿轮钢系列,Cr系、Cr-Mn系、Cr-Ni系、Cr-Mo系、Cr-Ni-Mo系的性能依次上升。与国外标准相比,我国国标牌号偏少,并且有些类似牌号的化学成分也稍有不同。
⒉淬透性带
从淬透性带的划分及其带宽来看,国际标准ISO683-18:1996(E)和德国标准DIN EN10084-1998(欧洲标准)将淬透性带分为高带(HH带)和低带(HL带),前苏联标准ГOCT4543-1971将淬透性带分为宽带和窄带。统计结果表明,以标准中纳入牌号在离淬火端9mm点处硬度平均值J9为例,我国标准GB/T5216-2004规定宽度为9HRC,美国标准ASTM A304-1996规定宽度为12.4HRC,而国际标准ISO683-18:1996(E)和德国标准DIN EN10084-1998(欧洲标准)规定的高带和低带的宽度为9.0HRC。
⒊其他
在订货方式方面,我国标准GB/T5216-2004和美国标准ASTM A304-1996规定较全面,分别有4种和5种订货方式,其它国家标准规定不具体。此外,各国标准间还存在其它细节差别。

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