Um das Problem der Körnervergröberung von Austenit bei kaltem Pressen von Zahnrädern während des Hochtemperatur-Aufkohlungsprozesses zu lösen, wurde ein hochtemperaturaufkohlungsbeständiger Zahnradstahl gegen Kornvergröberung entwickelt. Nach der Hochtemperatur-Aufkohlung der Zahnräder vergrößern sich die Austenitkörner nicht, und es wird direkt mit Restwärme abgeschreckt, wodurch die Zwischenkühlbehandlung entfällt. Durch Legierungsdesign und Kontrolle der Größe der Ausscheidungen der zweiten Phase wurde systematisch die Auswirkung der Elemente B, Ti, Nb, Al und N auf die Korngröße, Härtbarkeit und Ausscheidungsverhalten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass in Stahl mit B B bevorzugt mit N zur Bildung von BN reagiert, wodurch die Ausscheidungsmenge von AlN reduziert wird und die Wirkung des AlN auf das Versperren der Korngrenzen abgeschwächt wird, was zur Körnervergröberung führt; während in B-freiem Stahl mit hohem N-Gehalt nanometergroße Ausscheidungen von AlN, Nb(C,N) usw. ausreichend gebildet werden können, die eine starke Versperrwirkung an Korngrenzen haben und das Kornwachstum signifikant hemmen. Weitere Untersuchungen zeigten, dass durch Optimierung des Erwärmungsverfahrens des Stranggussbramens (1220 ℃ Haltezeit 200 min) große Ausscheidungen vollständig gelöst werden können und während des anschließenden Abkühlens feine, disperse Zweiphasen entstehen, die die Versperrkraft deutlich erhöhen und Kornvergröberung nach dem Aufkohlen verhindern. Der entwickelte Stahl verwendet eine B-freie optimierte Zusammensetzung (Massenanteil/%: 0,16~0,25C, 0,10~0,30Si, 0,90Mn, 1,80Cr, 0,05Nb, 0,05Al, 0,016N) und bildet durch kombinierte Ausscheidungen feine AlN, Nb(C,N)-Partikel, die durch eine angemessene Steuerung des Erwärmungsprozesses (Erwärmungstemperatur≥1220 ℃, Haltezeit≥200 min) Partikel unter 0,2 μm Größe erhalten. Während die Härtbarkeit J9 (38HRC), J15 (33HRC) die Zielanforderungen erfüllt (J9 34~40HRC, J15 28~35HRC), kann nach dem Aufkohlen direkt abgeschreckt werden, wodurch die Zwischenkühlbehandlung entfällt und eine materielle Grundlage für eine effiziente und energieeinsparende Zahnradherstellung geschaffen wird.

Hochtemperatur-Aufkohlung; Kaltpressen; Zahnradstahl; Körnervergröberung; AlN; Nb(C,N); ohne Zwischenkühlbehandlung; direkte Abschreckung