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鍛件用材——非調質(zhì)鋼鍛件及其晶粒細化技術(shù)

2024-04-12 16:12:27 山西中重重工 0

  非調質(zhì)鋼因節能、降成本、生產(chǎn)周期短和不存在調質(zhì)工藝缺陷等優(yōu)點(diǎn),在汽車(chē)鍛件和工程機械上得到廣泛應用。高強韌化一直是非調質(zhì)鋼的發(fā)展趨勢。從第149Mn VS3牌號非調質(zhì)鋼開(kāi)始,按照增加鐵素體含量和強化鐵素體的技術(shù)構想,發(fā)展了低碳、高錳的40Mn VS、38Mn VS、30Mn VS以及高硅的更高強度的38Si Mn VS30Si Mn VS等典型鋼種,稱(chēng)為高強韌性珠光體-鐵素體非調質(zhì)鋼;低碳和中碳貝氏體非調質(zhì)鋼以中溫轉變的粒狀貝氏體和粒狀組織為基體組織,相對 珠光體-鐵素體非調質(zhì)鋼鍛件具有更好的強韌性配合。

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  相對于相同強度等級的調質(zhì)鋼鍛件件,非調質(zhì)鋼鍛件、尤其是熱鍛非調質(zhì)鋼鍛件的塑韌性較低。除上述組織因素影響外,熱鍛(熱軋)控冷工藝狀態(tài)下的非調質(zhì)鋼鍛件及其制品,因為比調質(zhì)鋼制品少一次820 ~880 ℃的低溫奧氏體重結晶工藝,其晶粒比調質(zhì)鋼的粗大,是導致其韌性較低的另一重要原因。常用調質(zhì)鋼零件在調質(zhì)狀態(tài)下的原奧氏體晶粒度可以穩定在5~10級,而非調質(zhì)鋼鍛件制品,尤其是鍛后控冷狀態(tài)的非調質(zhì)鋼熱鍛件的原奧氏體晶粒度則較少達到7級,大部分在5級以下,如果控鍛控冷工藝不當,甚至粗至00級。

  鍛件利用Ti、Nb、V、Al、N、B微合金化對傳統鍛造用鋼鍛件進(jìn)行適應性改造,控制其不同溫度區間析出物的數量和大小,達到析出強化、細晶強化或控制晶粒長(cháng)大的作用,提高其力學(xué)性能和工藝性能。作為典型的微合金化非調質(zhì)鋼,鋁鎮靜鋼中Al N晶粒細化的作用為眾人熟知。此外,齒輪鋼、彈簧鋼、冷鐓鋼等常用鋼種的微合金化改造又有新的進(jìn)展。

    1、滲碳齒輪鋼鍛件的微合金化

  對傳統滲碳齒輪鋼進(jìn)行微合金化,優(yōu)化了高溫滲碳齒輪鋼、冷鍛齒輪鋼、細晶強化高強韌性齒輪鋼等先進(jìn)齒輪鋼品種。

    2、高溫滲碳齒輪鋼鍛件

  常用滲碳齒輪鋼鍛件利用殘余的0.01%~0.05% Al,使其930 ℃奧氏體晶粒度細于5級,如果將Al含量穩定在0.02%~0.05%,提高N含量至0.010%~0.020%,控制Al/N比,則可以將Al N的溶解溫度即滲碳鋼的奧氏體晶粒粗化溫度提高至950 ℃,從而為高溫氣體滲碳工藝的應用提供材料支持。950 ℃氣體滲碳材料工藝技術(shù)均可在傳統的井式滲碳爐、多用滲碳爐和連續式無(wú)罐爐上實(shí)施,具有良好的應用前景。為減小或防止內氧化對齒輪滲層強韌性的影響,更高溫度的滲碳需要采用低壓真空滲碳技術(shù),高溫低壓真空滲碳齒輪鋼的滲碳溫度高達970~1 050 ℃,此時(shí)單純利用Al、N的微合金化不能阻止奧氏體晶粒粗化,需要添加固溶溫度更高的氮化物如Ti、Nb等元素。Ti、Al、N復合微合金化齒輪鋼20Cr Mn Ti H在保溫時(shí)間為6 h情況下,其970 ℃1 050 ℃加熱奧氏體晶粒度可分別達到8.0級和6.5級。在其中添加0.02% Nb,其1 000 ℃晶粒度可達到9.0。

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    3、冷鍛齒輪鋼鍛件

  冷鍛齒輪鍛件同時(shí)融合了微合金化和熱機械軋制技術(shù),添加Ti、Al、NTi、Nb、Al、N微合金化,以細化熱軋態(tài)晶粒,阻止冷鍛齒輪在后續加熱過(guò)程中的晶粒異常長(cháng)大。熱機械軋制的目的在于細化熱軋交貨狀態(tài)晶粒度,通過(guò)應變誘發(fā)鐵素體析出,增加鐵素體含量,降低交貨狀態(tài)硬度。以上兩種技術(shù)的復合,使冷鍛齒輪鋼的塑性增強,臨界壓縮率達到80%,無(wú)需球化退火就能滿(mǎn)足冷鍛工藝要求;冷鍛成型后,可以省略再結晶退火,直接進(jìn)行滲碳;滲碳后無(wú)需二次加熱淬火,就能達到晶粒度要求,達到節能降耗、簡(jiǎn)化工藝、提高效率的目的。