鉻錳鈦鋼和硼鋼齒輪

長期以來，我國載貨汽車齒輪使用普遍的鋼種是20crmnti。這是上世紀50年代我國從原蘇聯引進的中型的汽車齒輪18xtr鋼種(即20crmnti鋼)。該鋼晶粒細，滲碳時晶粒長大傾向小，具有良好的滲碳淬火性能，滲碳后可直接淬火。文獻指出，在1980年以前，我國的滲碳合金結構鋼(包括20crbinti鋼)在鋼材出廠時只鋼材的化學成分和用樣品測定的力學性能，但是在汽車生產時常常出現化學成分和力學性能合格的鋼材，由于淬透性能波動范圍過大而影響產品的情況。例如若20crmnti滲碳鋼的淬透性過低，則制成的齒輪滲碳淬火后，心部硬度低于技術條件規定的數值，疲勞試驗時，齒輪的疲勞壽命降低一半；若淬透性能過高，則齒輪滲碳淬火后內孔收縮量過大而影響齒輪裝配。
由于鋼材淬透性能對輪齒心部的硬度和畸變都有極其重大的影響，1985年冶金部頒布了我國的淬透性結構鋼技術條件(gb5216-85)，在此技術條件中列入了包括20cxmntih、20mnvbh鋼在內的10種滲碳鋼的化學成分、淬透性能數據。標準中規定：用于制造齒輪的20crmnti鋼的淬透性能指標為距水冷端9咖處的硬度為30-42hrc。在此之后，采用20crmnti鋼生產齒輪的齒心部硬度過低和畸變過大的問題基本上得到了解決。但是不管齒輪模數大小和鋼材截面粗細均采用同一鋼號20crmnti鋼顯然是不合理的。由于我國鋼材冶煉技術水平的提高，和合金結構鋼供應情況的改善，已經有條件把齒輪鋼的淬透性能帶進一步縮窄，并根據不同產品(如變速器齒輪與后橋齒輪等)的要求開發新的鋼種以滿足其要求。
通過與鋼廠協商，1997年長春一汽先后與生產齒輪鋼廠的生產廠家簽定了將20crmnti鋼淬透性能分擋供應的協議，例如“解放”牌5t載貨汽車上用于制造截面尺寸較小的變速器軸、中間軸齒輪和截面尺寸較大的后橋主、從動圓錐齒輪用20crmntih鋼淬透性能組別分別為i和ⅱ，對應淬透性能分別為j9：30—36hrc和j9=36～42hrc。
1960年前后，由于我國鎳、鉻鋼的供應緊張，影響了我國含鎳、鉻鋼材的生產。而當時我國的汽車工業是從原蘇聯引進的技術，蘇聯大量應用含鎳、鉻的鋼材。因此，當時我國汽車工業大力發展了硼鋼的開發、研制工作，用20mnvb和20mn2tib鋼代替20crmnti滲碳鋼制造齒輪。這是因為在結構鋼中加入微量硼(0.0001%-0.0035%)可以顯著地提高鋼材的淬透性能，因此鋼中加入微量硼可以代替一定數量的錳、鎳、鉻、鉬等貴重合金元素，因而硼鋼得到廣泛的應用。長春一汽曾在“解放”牌汽車齒輪生產中使用過20mntib和20mn2tib鋼。
東風汽車公司生產的“東風”牌5，載貨汽車變速器和后橋齒輪分別采用20crmnti和20mnvb鋼制造。同樣，也與鋼廠簽定了把鋼材淬透性能帶縮窄并分檔供應的協議。變速器和后橋主、從動圓錐齒輪用鋼分別為20crmntih(3)和20mnvbh(2)、20mnvbh(3)，對應淬透性能分別為j9=32～39hrc和j9=37～44hrc、j9=34～42hrc。
我國綦江齒輪廠引進了德國公司的重型汽車變速器齒輪生產技術，在國內按德國ⅲ公司的標準試制了該公司的cr-mn-b系含硼齒輪鋼獲得成功。其齒輪材料的淬透性能為j10=31～39hrc
當然，20crmnti鋼及20mntib鋼、20mvb鋼等含硼鋼也存在不足。一般認為20crmnti等滲碳鋼是本質細晶粒鋼，滲碳后晶粒不會粗化，可直接淬火。但實際上由于鋼材冶煉的影響，常常在正常條件下發生晶粒粗化現象。對多批材料的實際晶粒度試驗，發現相當部分實際晶粒度只有2—3級(930℃保溫3h條件下)。文獻認為，20crmnti由于ti含量較高，鋼中tin夾雜物多，尤其是大塊的tin夾雜是齒輪疲勞時的疲勞源，它的存在會降低齒輪的接觸疲勞性能。這種夾雜物呈立方結構，受力時易發生解理開裂，導致齒輪早期失效。另一個問題是該鋼的淬透性能有限，不能滿足大直徑大模數齒輪的要求，滲碳有效硬化層深度和心部硬度均不能滿足重型齒輪的要求。此外，在熱處理過程中20crmnti鋼易產生內氧化和非馬氏體組織而降低齒輪的疲勞壽命。但在我國齒輪滲碳鋼中還沒有哪一種鋼在滲碳工藝上有20crmnti鋼這樣成熟和可靠。所以，它仍是目前國內使用普遍的滲碳鋼種。20mnvb、20mntib和20mn2tib等硼鋼也存在一些缺點，如在冶煉時由于脫氧去氮不好而使硼不能起到增加淬透性能的作用，因此，使硼鋼的性能不穩定，滲碳淬火后的齒輪畸變增大而影響產品的。同時由于混晶和晶粒易于粗大，致變形不易控制和韌性較差，且硼鋼齒輪根部易產生托氏體組織和碳氮共滲齒輪的黑網、黑帶。因此，很多工廠中止使用該鋼種。但是由此決不能就此得出硼鋼不適宜作齒輪滲碳鋼的結論。含硼的滲碳鋼在國外還有使用。例如，德國的ⅳ齒輪廠，一直使用由其本廠擬訂的保留鋼種zf7，這是一種含硼的低碳鉻錳鋼。該鋼主要的化學成分(分數，%)為0.15～0.20c，0.15～0.40s，1.0～1.3cr，1.0～1.3mn，0.001～0.003b。美國汽車變速器齒輪和后橋主、從動齒輪有的也采用含硼滲碳鋼，如50b15、43bvl4和94b17。因此，只要鋼廠冶煉技術跟上去，硼鋼的上述問題是能夠解決的。
20crmntih、20mnvbh和20mntibh鋼齒輪鍛坯在連續式等溫正火爐內進行處理可以得到均勻分布的片狀珠光體+鐵素體。這樣可以使齒輪的熱處理畸變大大減小，使齒輪的精度提高，使用壽命延長。
齒輪鍛坯等溫正火硬度為156～207hb。

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