Para resolver o problema da coarsificação dos grãos de austenita em engrenagens extrudadas a frio durante o processo de cementação a alta temperatura, foi desenvolvido um aço para engrenagens de cementação a alta temperatura resistente à coarsificação dos grãos. Após a cementação a alta temperatura das engrenagens, os grãos de austenita não se coarsificam, utilizando-se o calor residual para têmpera direta, eliminando o processo de resfriamento intermediário. Por meio do design da composição e controle do tamanho dos precipitados da segunda fase, foi estudado sistematicamente o efeito dos elementos B, Ti, Nb, Al e N sobre o tamanho dos grãos, a têmpera e o comportamento dos precipitados. Os resultados mostram que, em aços contendo B, o B se combina prioritariamente com N formando BN, reduzindo a quantidade de precipitados de AlN e enfraquecendo o efeito de ancoragem de AlN nos contornos dos grãos, causando coarsificação dos grãos; enquanto em aços sem B e com alto teor de N, precipitados em escala nanométrica como AlN e Nb(C,N) se formam completamente, apresentando forte efeito de ancoragem nos contornos dos grãos, inibindo significativamente o crescimento dos grãos. Estudos adicionais mostram que, através da otimização do processo de aquecimento da tarra de lingotagem contínua (1 220 ℃ com manutenção por 200 min), os precipitados de grão grosso podem ser totalmente dissolvidos, formando uma segunda fase fina e dispersa durante o resfriamento subsequente, aumentando significativamente a força de ancoragem e alcançando grãos sem coarsificação após a cementação. O aço desenvolvido utiliza uma composição otimizada sem B (fração em massa /%: 0,16~0,25C, 0,10~0,30Si, 0,90Mn, 1,80Cr, 0,05Nb, 0,05Al, 0,016N) que forma precipitados finos compostos de AlN e Nb(C,N), e através do controle razoável do processo de aquecimento (temperatura de aquecimento ≥ 1 220 ℃, tempo de manutenção ≥ 200 min) obtém precipitados de AlN e Nb(C,N) abaixo de 0,2 μm. Com têmpera J9 (38HRC), J15 (33HRC) atendendo aos requisitos-alvo (J9 de 34~40HRC, J15 de 28~35HRC), é possível realizar têmpera direta após a cementação, eliminando o processo de resfriamento intermediário e proporcionando uma base material para fabricação eficiente e econômica de engrenagens.

cementação a alta temperatura; extrusão a frio; aço para engrenagens; coarsificação dos grãos; AlN; Nb(C,N); sem resfriamento intermediário; têmpera direta