齒輪鋼高溫滲碳后的疲勞性能
發(fā)布時間：
2013-12-17 13:59
2013-12-12 來源：中國聯(lián)合鋼鐵網(wǎng)
齒輪等零件的滲碳工藝通常在930℃左右進行，是齒輪生產過程中能耗高、效率低、污染大的工藝。提高滲碳溫度能夠顯著降低滲碳時間，提高生產效率，因此高溫滲碳工藝日益受到重視并得到應用。不過，常用齒輪鋼經(jīng)950℃以上溫度滲碳，原奧氏體晶粒會發(fā)生粗化，嚴重影響材料性能。因此，高溫滲碳齒輪鋼中需要添加微合金元素Nb、Ti、B等，它們的碳氮化物在高溫滲碳時具有較高的穩(wěn)定性，能夠有效釘扎晶界遷移，阻止奧氏體晶粒長大，從而避免晶粒粗化。研究表明，930℃滲碳后齒輪鋼的疲勞極限與滲碳層原奧氏體晶粒尺寸密切相關。為此，在20CrMn齒輪鋼基礎上添加質量分數(shù)0.77%的Nb和0.048%的Nb+0.038%的Ti，研究2種微合金化齒輪鋼經(jīng)1000℃高溫滲碳后的旋轉彎曲疲勞性能。
試驗用2種齒輪鋼采用150kg真空感應冶煉，其化學成分如表1所示。2種試驗鋼具有較高的潔凈度，氧氮含量都較低。將試驗用鋼錠加熱至1200℃保溫改鍛成直徑20mm棒料，經(jīng)670℃退火5h后加工成旋轉彎曲疲勞試樣毛坯。將試樣毛坯垂直掛在滲碳架上，移至高溫真空滲碳爐，經(jīng)80min后升溫至1000℃開始滲碳，爐中碳勢為1.1%。之后將2種鋼疲勞試樣精加工成最終尺寸，金相及顯微硬度試樣截取疲勞試樣的中間部分。
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鋼號 |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ti |
Nb |
O |
N |
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A1 |
0.22 |
0.32 |
1.10 |
0.006 |
0.006 |
1.23 |
- |
0.077 |
0.001 |
0.0022 |
|
A2 |
0.20 |
0.34 |
1.06 |
0.006 |
0.006 |
1.22 |
0.038 |
0.048 |
0.001 |
0.0018 |
滲碳后金相試樣經(jīng)磨拋后用飽和苦味酸活性試劑腐蝕，待滲碳層晶界被腐蝕出去后，在光學顯微鏡下觀察原奧氏體晶粒，通過Sisc ias8圖像分析軟件用截點法測定晶粒平均尺寸，之后用3%的硝酸酒精溶液腐蝕金相組織。采用FM300型數(shù)字顯微硬度計(載荷200g)測得旋轉彎曲疲勞試樣的硬度沿滲碳層深度方向的分布。采用PHILIPS APD-10X射線衍射儀測量疲勞試樣滲碳層中的殘余奧氏體。滲碳后的疲勞試樣在旋轉彎曲疲勞試驗機上試驗，利用升降法測得兩種鋼的疲勞極限;并利用日立S-4300型冷場發(fā)射掃描電鏡(加速電壓為15kV)觀察疲勞試樣斷口形貌，統(tǒng)計分析疲勞源。
結果表明：Nb-Ti復合微合金化的20CrMnTiNb鋼中析出相尺寸小、數(shù)量多，其滲碳層原奧氏體晶粒平均尺寸明顯低于Nb微合金化的20CrMnNb鋼，因而20CrMnTiNb鋼的疲勞極限高于20CrMnNb鋼。疲勞斷口觀察發(fā)現(xiàn)，20CrMnNb和20CrMnTiNb鋼主要以近表面基體方式起裂，滲碳層中疲勞裂紋沿晶界擴展，因而晶粒尺寸較細的20CrMnTiNb鋼的疲勞性能較高。(心遠)
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