本技术涉及汽车，特别涉及一种齿轮钢的加工方法、零件及汽车。
背景技术：
1、随着降本增效和轻量化的要求，性能优异、成本低廉的材料越来越多地应用在汽车领域，尤其是变速箱及减速箱轴齿零件作为大批量生产零件，其生产成本关系到整车的成本，进而关系到产品的市场竞争力。
2、现有的低成本钢材虽然满足了成本要求，然而存在热变形大，淬透性不佳，处理工艺复杂的问题，限制了其应用。
技术实现思路
1、本技术提供一种齿轮钢的加工方法、零件及汽车，以解决现有的热变形大，淬透性不佳，处理工艺复杂的问题。
2、第一方面，本技术提供了一种齿轮钢的加工方法，以质量分数计，所述齿轮钢的原料组成包括：c：0.19～0.22％，si：0.17～0.37％，mn：1.10～1.25％，cr：1.20～1.35％，s：0.015～0.04％，ti：0.01～0.05％，nb：0.015～0.03％，cu：≤0.2％，ni：≤0.30％，p：≤0.020％，n：≤0.008％，其余为fe和不可避免的杂质；
3、所述齿轮钢的加工方法包括以下步骤：
4、将齿轮钢轧制、锻造、加工，得待处理齿轮钢零件；
5、将齿轮钢零件渗碳处理、保温扩散、冷却、回火，得齿轮钢零件；
6、其中，冷却的方式为循环氦气淬冷。
7、本技术通过在传统的20crmnti的基础上提高了mn和cr的含量，同时添加了nb，以控制ti的析出物尺寸与分布，通过nb元素钉扎奥氏体晶界，起到抑制高温奥氏体晶粒长大的作用，使晶粒细化，从而改善热变形。并且，由于nb元素与ti元素晶格结构相近，形成的析出物更加细小，稳定，最终的分布更加均匀，从而改善热处理后组织应力的分布，改善热变形。但是nb元素细化奥氏体晶粒的作用同时对钢材淬透性不利，因此，在添加nb元素后进一步调整了淬透性元素的含量，使得最终得到的组织更加均匀，热变形更小。
8、c在钢中是保证材料强度与淬透性的关键元素，其含量较高时，会显著降低钢材的韧性，导致热裂纹的产生，对轴齿零件锻造过程不利。但是其含量较低时，钢材淬透性不足，容易生成高温相变产物。因此，本发明适当提高了c含量，使生成组织更加均匀，减小热变形波动范围。
9、si在钢中主要起到固溶强化的作用，同时si元素是脱氧元素，可以适当改善钢中夹杂物变形。但其含量过高会影响p元素的去除，同时降低钢的焊接性能，因此将其控制在0.17～0.37％。
10、mn是钢中影响强韧性的重要元素，也是稳定奥氏体的重要元素，进而提升钢材的淬透性。因此相较于传统20crmnti齿轮钢，提高了mn含量，使其控制在1.10～1.4％。mn含量同样不宜过高，过高的mn含量会降低切削性能，使得正火后硬度不满足性能要求。
11、cr是提高钢材淬透性的重要元素，同时还可以显著提高齿轮钢的硬度与耐磨性能，因此，适当提高cr含量，控制在1.20～1.35％，过高的cr含量会降低材料的塑性与韧性。
12、适量的s元素会与fe结合生成共晶化合物，其熔点较低。在切削过程中受到切削热影响会得到软化，减小切削力，增加刀具寿命。但是过高的s元素会与o结合，提高开裂的倾向，因此s含量控制在0.015～0.04％。
13、ni元素不是主要合金元素，因为其生产成本较高，但是少量的ni可以显著提高材料的强度，硬度以及低温冲击韧性，同时还可以提高材料淬透性，因此控制在≤0.3％。
14、ti元素主要是抑制高温奥氏体晶粒长大，并通过析出物进行析出强化的作用。但是ti元素过高时，形成的tin析出物尺寸粗大，且分布不均，对热变形不利，因此控制ti元素在0.01％～0.05％。
15、nb元素可以在钢中形成细小的析出相，抑制高温渗碳过程奥氏体晶粒长大。同时，nb元素与ti元素晶格结构类似，且电子结构互补，生成的nb，ti复合析出物十分稳定，且析出相较ti的单一析出物更加细小，分布更均匀，因此可以控制材料的各向异性。
16、cu元素在钢中固溶强化作用与ni相似，cu可以用来替代贵重合金元素ni的强化作用。同时，cu还可以提高渗碳钢材的耐腐蚀性能，但是过高的cu元素会提高开裂倾向，因此钢中cu元素控制在≤0.20％。
17、p与cu复合作用能有效地提高钢的耐候性能以及耐腐蚀性能，但其对钢的韧性及塑性不利，因此将p含量控制在0.020％以下。
18、n含量高于0.008％，容易在钢中富集，严重损害钢的塑性和韧性。同时，n元素过高容易导致分布不均，从而使得形成的tin析出相分布也不均，容易造成最终组织应力不均，加剧热变形。
19、通过渗碳处理和保温扩散可以减少材料的热性变量，通过循环氦气淬冷提高材料均匀性，省去了清理抛丸工序，表面质量良好，同时简化处理工艺，提升材料性能。
20、一些实施例中，所述将齿轮钢轧制、锻造、加工，得待处理齿轮钢零件中：
21、锻造的温度为1020～1080℃，可以使材料充分奥氏体化，使合金元素分布更加均匀。
22、具体地，可以将齿轮钢钢棒在1250±30℃时充分奥氏体化，使合金元素分布更加均匀，然后进行定径切割成合适的钢块大小，最终进入镦粗工序前的温度为1000～1100℃。在开式压力机上将钢块锻造成圆饼，然后人工夹持进立式模锻机上进行一次锻造。立式模锻机无需切边，金属流线整齐，内应力较好，且立式锻造流程短。然后进行二次精锻，进行开孔等工序，最终风冷至室温。最后将锻后零件进行正火，正火分三区，第一区温度≥700℃，第二区正火温度≥800℃，第三区正火温度930±10℃。正火时间110±10分钟。正火采用连续式网带炉，最终风冷速度通过网带速度进行控制。正火处理可以控制渗碳热处理残余应力的释放，多区式正火可以缓慢释放残余应力，同时使工件受热均匀，风冷上风机频率为40hz，下风机频率为20hz，风冷时常为150～200s。将毛坯零件经过粗车，精车，钻孔，滚齿，滚轧花键等机加工过程制成所需零件。为减小热处理热变形对热后加工过程的影响，控制刀具进给速度以及进给量，减少加工过程在表面产生的残余应力。
23、待处理齿轮钢零件还可以使用三点支撑式立装的热装方式，三点支撑有利于零件的稳定性，受力更加均匀，使得热变形相对稳定。且立装相比传统的横置对由重力导致的弯曲变形有显著改善。清洗机加工后零件表面油污，使得渗碳过程更加均匀。将清理后的零件送入连续式预氧化炉中预氧化处理。
24、具体地，可以是将预氧化后的零件送入真空渗碳炉中，炉内真空度低于10mbar，充入氮气至1200mbar进行对流加热，加热时间为40～60min，加热温度920～1000℃。然后抽真空至10mbar，进行真空加热，加热时间为15～30min，加热温度920～1000℃。对流加热过程时间较长，可以使机加产生的残余应力充分释放，真空加热过程使样件加热更加均匀，然后进行脉冲渗碳处理。
25、一些实施例中，所述将齿轮钢零件渗碳处理、保温扩散、冷却、回火，得齿轮钢零件中，渗碳处理的方式包括脉冲渗碳处理，其中：
26、脉冲渗碳处理的次数为5～9次；和/或，
27、脉冲渗碳处理的脉冲时间为30～180s；和/或，
28、脉冲渗碳处理的温度为920℃～1000℃；和/或，
29、脉冲渗碳处理的时间为3～14min；和/或，
30、脉冲渗碳处理的乙炔流量为2000～10000l/h。
31、渗碳温度影响工件热处理节拍以及热变形的大小。而脉冲段数，脉冲时间，影响渗碳层深度及表面硬度。控制合理的乙炔通入量，脉冲段数可以提高乙炔的利用率，避免碳黑的形成。
32、一些实施例中，所述将齿轮钢轧制、锻造、加工，得待处理齿轮钢零件之后，所述将齿轮钢零件渗碳处理、保温扩散、冷却、回火，得齿轮钢零件之前，还包括：
33、对待处理齿轮钢零件进行装车、清洗、预氧处理；
34、其中：装车时的装炉量为84～300个/炉。可以改善材料的热形变，提高渗碳效率。
35、一些实施例中，所述预氧处理的温度为350～410℃，一方面通过高温清理掉零件表面残余油污，另一方面在零件表面形成一层致密的氧化层，可以促进后续高温渗碳过程；和/或，
36、所述预氧处理的时间为60～120min。
37、一些实施例中，所述将齿轮钢零件渗碳处理、保温扩散、冷却、回火，得齿轮钢零件中：
38、保温扩散的温度为920～950℃，可以减少淬火过程的热变形量，提高材料的强度；和/或，
39、保温扩散的时间为30～120min，可以减少淬火过程的热变形量，提高材料的强度。
40、一些实施例中，所述将齿轮钢零件渗碳处理、保温扩散、冷却、回火，得齿轮钢零件中：
41、冷却的时间为8～15min，在此冷却时间内，可以提高冷却效果，提高材料强度；和/或，
42、冷却的压力为12～16bar。采用冷速较快的高压氦气，氦气相比于氮气冷速更快，气体淬火相比油淬火后省去了清理抛丸工序，表面质量更好。
43、一些实施例中，所述将齿轮钢零件渗碳处理、保温扩散、冷却、回火，得齿轮钢零件中：
44、回火的温度为150～300℃，可以消除淬火过程的残余应力；和/或，
45、回火的时间为120～180min，可以消除淬火过程的残余应力。
46、第二方面，本技术提供一种零件，采用第一方面所述的齿轮钢的加工方法加工而成。
47、第三方面，本技术提供了一种汽车，包括第二方面的零件。
1.一种齿轮钢的加工方法，其特征在于：
2.如权利要求1所述的齿轮钢的加工方法，其特征在于，所述将齿轮钢轧制、锻造、加工，得待处理齿轮钢零件中：
3.如权利要求1所述的齿轮钢的加工方法，其特征在于，所述将齿轮钢零件渗碳处理、保温扩散、冷却、回火，得齿轮钢零件中，渗碳处理的方式包括脉冲渗碳处理，其中：
4.如权利要求1所述的齿轮钢的加工方法，其特征在于，所述将齿轮钢轧制、锻造、加工，得待处理齿轮钢零件之后，所述将齿轮钢零件渗碳处理、保温扩散、冷却、回火，得齿轮钢零件之前，还包括：
5.如权利要求4所述的齿轮钢的加工方法，其特征在于：
6.如权利要求1所述的齿轮钢的加工方法，其特征在于，所述将齿轮钢零件渗碳处理、保温扩散、冷却、回火，得齿轮钢零件中：
7.如权利要求1所述的齿轮钢的加工方法，其特征在于，所述将齿轮钢零件渗碳处理、保温扩散、冷却、回火，得齿轮钢零件中：
8.如权利要求1所述的齿轮钢的加工方法，其特征在于，所述将齿轮钢零件渗碳处理、保温扩散、冷却、回火，得齿轮钢零件中：
9.一种零件，其特征在于，采用如权利要求1至8任意一项所述的齿轮钢的加工方法加工而成。
10.一种汽车，其特征在于包括如权利要求9所述的零件。
