18CrNiMo7-6齿轮钢的热压缩变形行为及显微组织演变

采用热模拟方法研究了18CrNiMo7-6齿轮钢在变形温度900~1150℃、应变速率0.01~5 s-1条件下的热压缩变形行为;建立了基于Arrhenius模型的全应变本构方程,采用该方程对流变应力曲线进行预测;根据动态材料模型绘制热加工图,并结合热加工图系统地研究显微组织演变特征。结果表明:试验钢的峰值应力随应变速率的增加或变形温度的降低而增大,动态回复和动态再结晶是热变形过程中的主要软化机制;采用建立的全应变本构方程预测得到流变应力曲线与试验结果基本吻合,预测真应力与试验结果的相对误差小于4.715%,说明该模型可以精确地模拟18CrNiMo7-6齿轮钢的热压缩变形行为。试验钢的适合热加工工艺参数为变形温度1050~1150℃、应变速率0.1~1 s^(-1),此时组织为均匀细小的再结晶晶粒,晶粒尺寸在5~15μm。随着变形温度的升高或应变速率的降低,原始奥氏体晶粒不断被动态再结晶晶粒取代,且动态再结晶程度和再结晶晶粒尺寸增大。

40CrNiMo钢棱角位交流电场辅助粉末渗硼层的组织与性能

以Al_(2)O_(3)为填充剂和活性炭为添加剂的改性粉末为渗硼剂,采用40CrNiMo钢为基体,在75 V/100 Hz交流电场作用下于630、650、700、750和850℃进行电场增强辅助固体渗硼。采用X射线衍射仪、扫描电镜和硬度计对渗硼后的样品进行显微分析及性能测试。结果表明:交流电场对渗硼过程有明显的促进作用,即便在较低的渗硼温度(750、700和650℃)下也可以在40CrNiMo钢试样的平面及棱角区域形成单一的Fe_(2)B相渗硼层;850℃时,渗硼层的棱角部位出现了少量的FeB相。温度过高(如850℃)及过高的电场辅助渗硼电流(如700℃渗硼时的2.38 A电流),会使渗硼层表面形成疏松表层,不利于致密渗硼层的形成;750℃渗硼4 h后的渗硼层具有最高的致密性和渗层硬度,其渗层厚度和表层区域硬度分别为120μm和1700 HV0.05。

车削工艺参数对18CrNiMo7-6钢切削力及表面粗糙度的影响

为了探究车削工艺参数对18CrNiMo7-6钢标准疲劳试样不同位置的切削力和表面粗糙度的影响,采用CAK4085型数控车床对主轴转速n、背吃刀量a_(p)和进给速度v_(f)三个工艺参数进行单因素试验研究。结果表明:对于标准试样的圆弧段和标距段,切削用量对切削力和表面粗糙度的影响规律相同;背吃刀量a_(p)对切削力影响最大,进给速度v_(f)对切削力的影响次之,主轴转速n对切削力的影响最小;拟合的三个切削力分量指数公式中,主切削力的拟合误差为5.25%,背向力的拟合误差为2.29%,相对误差较小。结果显示,影响表面粗糙度Ra的最大因素为进给速度,Ra随v_(f)的增大而增大,圆弧切入段的表面粗糙度Ra比切出段高。综合考虑疲劳试样较好的加工工艺参数为:n=1000r/min,v_(f)=80mm/min,a_(p)=0.3mm。本研究结果可为疲劳试样的车削加工工艺制定提供参考依据。

高承载曲轴用34CrNiMo6钢调质处理工艺强韧化机理研究

针对高承载曲轴需要高强塑性匹配的要求,选用34CrNiMo6钢并进行调质热处理,研究淬、回火温度对合金钢力学性能的影响规律,建立工艺-组织-性能的匹配关系,揭示合金钢调质热处理后强韧化机理。得出结论为:回火温度一定时,随着淬火温度升高,34CrNiMo6钢硬度、强度是逐渐小幅下降,伸长率先增加后减少,并在860℃时达到峰值,冲击功则逐渐增加。淬火温度一定时,随回火温度增加,硬度、抗拉强度和屈服强度呈现出先降低后增加最后又降低的趋势,伸长率和冲击功呈现出先增加后减小的抛物线形态。在580℃回火,硬度、强度达到小高峰,伸长率获得最大值,冲击功比560℃时的最大值略有下降。当回火温度超过600℃时,各项性能急剧下降。因此,34CrNiMo6钢的最佳调质工艺为:860℃淬火+580℃回火,其强韧化机理与索氏体的细化程度和残余奥氏体含量及变形过程组织中的位错密度有关。

回火温度对40CrNiMo钢耐摩擦磨损及抗氧化性能的影响

通过扫描电子显微镜、洛氏硬度计、摩擦磨损试验机等系统研究了回火温度对40CrNiMo钢组织、硬度、摩擦磨损性能及抗氧化性能的影响。结果表明:随着回火温度的升高,钢中渗碳体加快析出并逐渐聚集球化,其形貌从细片状转变为粗粒状,500℃回火的钢铁素体发生再结晶;硬度与耐磨性呈下降趋势。不同温度回火的试样在800℃的抗氧化评级为GB/T 13303—1991中的4级“弱抗氧化性”,表明回火40CrNiMo钢适用于温度较低的服役环境。

S含量对18CrNiMo7-6齿轮钢中夹杂物和疲劳性能的影响

以w[S]为0.002%(低S含量)和0.022%(高S含量)的两种18CrNiMo7-6齿轮钢为研究对象,参照齿轮热处理工艺获得伪渗碳试样,并对其力学性能、显微组织、疲劳性能和夹杂物分布进行了分析表征。结果表明,两种齿轮钢的强度基本相当,而高S含量试验钢具有更好的塑性和低温冲击韧性,并且其疲劳极限、疲劳寿命均优于低S含量试验钢,疲强比由0.445提高到0.479。S含量显著影响钢中的夹杂物分布情况:低S含量试验钢中夹杂物以MnS-Oxide为主,数量较少,同时尺寸更大;而高S含量试验钢夹杂物以CaS-MnS-Oxide复合型夹杂物为主,数量提高1倍以上,但尺寸更为细小。高S含量试验钢采用Ca处理工艺对夹杂物进行改性,夹杂物尺寸明显细化,有利于钢的塑韧性提升,并改善疲劳性能。

18CrNiMo7-6渗碳钢磁场深冷处理工艺研究

风电、高铁等高端齿轮产品工作环境比较复杂、恶劣,对齿面硬度及韧性要求高,一旦发生损伤,维修成本高。针对这一现状,对18CrNiMo7-6渗碳钢设计磁场深冷处理正交试验方案,选择最优工艺组进行洛氏硬度检测,并采用光学显微镜观察其显微组织与晶粒度。与常规热处理结果进行对比,探索磁场深冷处理对18CrNiMo7-6渗碳钢冲击韧性、硬度及微观组织的影响。结果表明,磁场深冷处理后的冲击韧性和硬度均有所提升。最优工艺参数为磁场强度为1 T,且不进行交变处理、深冷温度为-190℃、保冷时间为16 h、降温速率为2℃/min,其冲击韧性比常规热处理提高38.07%,洛氏硬度值提高9.49%。微观组织分析表明,磁场深冷处理能促进试样组织中残余奥氏体转变,并细化晶粒。

淬火冷却介质对40CrNiMo钢矿用链轮轴调质后组织与力学性能的影响

采用力学性能测试及显微组织观察等手段,研究淬火介质对40CrNiMo钢矿用链轮轴调质后组织与力学性能的影响,发现油淬后回火样品的金相组织为致密、均匀的回火索氏体,具有较高的强硬度和较好的塑韧性。研究结果可为矿用链轮轴热处理工艺设计提供理论依据,对指导实际生产具有参考价值。

基于三种热处理工艺的18CrNiMo7-6渗碳钢车削参数研究

国产渗碳齿轮主体钢种已经由20CrMoTi转变为18CrNiMo7-6,因其具有优异的高强度、高耐磨性以及极高的冲击韧性,被广泛应用于制造汽车、船舶和铁路机车等行业的核心齿轮部件。由于其氮含量不易控制、加工硬化倾向大、冲击韧性不易达标,是齿轮加工中的关键加工材料。通过研究涂层硬质合金刀具干式车削不同热处理状态下18CrNiMo7-6钢的切削力,分析了三类不同材料的热处理加工工艺流程以及加工参数对三类不同热处理材料切削力影响,并通过频谱分析揭示切削参数对于低频切削力和高频切削力的影响关系。

高铁齿轮用钢18CrNiMo7-6电渣生产工艺实践

为达到高铁齿轮钢高洁净度,尤其是单颗粒D类球状夹杂物尺寸≤10μm的目标,开发了电渣工艺生产高铁齿轮用钢18CrNiMo7-6(/%:0.15~0.21C,≤0.40Si,0.50~0.90Mn,1.50~1.80Cr,1.40~1.70Ni,0.25~0.35Mo,≤0.010P,≤0.010S),Ф250 mm钢坯生产工艺流程:EBT电弧炉-LF-VD-模铸5.6 t电极坯-电渣重熔-锻造-退火-检验。采用5.6 t电渣锭,渣系为CaF_(2)∶Al_(2)O_(3)∶CaO∶MgO=65∶20∶10∶5,冶炼过程中熔化率控制在500~550 kg/h,渣量为180~200 kg,采用新渣系后生产高铁齿轮钢的洁净度为[O]≤15×10^(-6),[H]≤1.0×10^(-6),P≤0.008%,S≤0.005%,A、B、C、D、DS类非金属夹杂物级别≤1.0级,单颗粒D类球状夹杂物尺寸≤10μm,淬透性、力学性能等均符合要求。

高速切向车铣对18CrNiMo7-6钢表面完整性的影响

为提高18CrNiMo7-6齿轮钢的抗疲劳性能,进行了高速切向车铣试验。结果表明:高速切向车铣可获得接近于磨削的三维表面粗糙度S_(a),工件转速nw和铣刀转速n_(c)对S_(a)的影响较为显著,且S_(a)随着n_(c)的增大而减小,随nw的增大而增大;高速切向车铣(逆铣)已加工表面均为残余压应力,n_(c)及轴向进给量f_(a)对表面残余应力有显著影响;随着n_(c)的增大,轴向残余应力σ_(x)和切向残余应力σy均呈先增大后减小的趋势,随着f_(a)的增大,σ_(x)和σy显著减小;最大残余应力出现于已加工表面,且在距已加工表面40~60μm之内逐渐减小,之后趋于稳定;轴向进给量f_(a)对表面完整性综合影响最大,随着f_(a)的增大,表面质量迅速变差。在高速切向车铣正交试验条件下,得到的最优试验参数组合为:n_(c)=6500 r/min,n_(w)=75 r/min,f_(a)=0.02 mm/r,径向切深ap=0.1 mm。在最优参数切削条件下,S_(a)为0.30μm,σ_(x)为-400.5 MPa,σy为-415.9 MPa,残余应力影响层深度为60μm。高速切向车铣获得的表面完整性优于传统车削,该切削方法可为外圆表面的加工提供一种更好的加工方式。

外圆磨削18CrNiMo7-6力模型及表面完整性研究

为了准确和有效地控制磨削参数对磨削力及表面完整性的影响,通过解析法,以磨粒与材料间的塑性变形、压痕理论以及剪切应变效应为理论依据,建立了三阶段的磨削力理论模型。选定棕刚玉砂轮进行磨削试验,探究了磨削参数对磨削力的影响以及磨削参数和磨削力对表面完整性的影响,通过外圆横向磨削正交试验获得了外圆磨削最优工艺参数。结果表明,外圆磨削力模型法向磨削力和切向磨削力的预测平均误差分别为5.56%和7.08%;砂轮径向进给速度f_(r)对磨削力的影响最大,磨削宽度b次之,工件转速n_(w)和砂轮粒度的影响较小;f_(r)和b对残余应力的影响较大,砂轮粒度对表面粗糙度的影响最大;随着磨削力的增大,表面粗糙度值一直增大,残余应力先减小后增大,沿深度方向残余应力最大值先增大后减小,在试验所取参数条件下,影响残余应力的深度分布范围基本在20~40μm;最优工艺参数组合如下:f_(r)=0.15 mm/min,n_(w)=120 r/min,b=10 mm,砂轮粒度80。

成形砂轮修整对18CrNiMo7-6钢磨削表面完整性的影响

为了探究修整切深ad、轴向进给速度f_(d)和修整速比q_(d)等修整工艺参数对18CrNiMo7-6齿轮钢磨削表面完整性的影响,分别采用树脂结合剂金刚石碟轮、青铜结合剂金刚石碟轮和单颗粒金刚石笔3种修整工具对陶瓷结合剂铬刚玉砂轮进行成形修整工艺正交试验,并用修整后的铬刚玉砂轮对18CrNiMo7-6齿轮钢进行横磨试验。结果表明:随着各修整工艺参数的增大,齿轮钢磨削加工表面粗糙度Ra增大,磨削表面更容易产生残余压应力;通过归一化无量纲方法综合评价3种修整工具的磨削表面完整性,表明采用青铜结合剂金刚石碟轮修整时的磨削表面完整性优于其余2种修整工具的,且当ad=4μm,f_(d)=100 mm/min,q_(d)=0.3时齿轮钢,磨削表面的完整性较优。

18CrNiMo7-6钢超声滚压工艺参数多目标优化及试验研究

为了改善18CrNiMo7-6钢的表面质量,使用自主设计的超声滚压装置对试样进行超声滚压加工。通过单因素试验和响应面法,研究了工艺参数及其交互作用对18CrNiMo7-6钢表面粗糙度、残余应力和磨损率的影响,并对所建立的二阶响应面回归模型进行显著性检验。采用满意度函数法对工艺参数进行多目标优化,得到最佳参数为:静压力269 N、滚压次数4、超声振幅7μm。使用最佳工艺参数进行试验验证,试样的表层塑性变形,晶粒细化程度和耐磨性能得到提高,试验结果的预测误差低于5%,验证了优化结果的可行性。

18CrNiMo7-6高铁齿轮钢的疲劳极限评定

在不同最大循环应力(600~880 MPa)和应力比0.1下对18CrNiMo7-6高铁齿轮钢进行棘轮试验和疲劳试验,先通过对稳定阶段的棘轮应变差值和温升与最大循环应力进行拟合来预测疲劳极限,然后再基于由棘轮应变差值和温升计算的断裂疲劳熵来预测疲劳极限,并将不同方法的预测结果与试验结果进行对比。结果表明:由稳定阶段的棘轮应变差值和温升与最大循环应力的线性拟合得到的疲劳极限分别为664.9,681.4 MPa,与由疲劳试验得到的疲劳极限(689.0 MPa)的相对误差分别为1.11%,3.50%,说明用这2种方法预测疲劳极限的精度较高;当最大循环应力为673.2 MPa时,断裂疲劳熵值由0.1 MJ·m^(-3)·K^(-1)以下突变增至0.46 MJ·m^(-3)·K^(-1),由此预测得到的疲劳极限为673.2 MPa,与疲劳试验结果的相对误差为2.3%,预测精度较高。

超声滚压对18CrNiMo7-6渗碳钢残余应力的数值模拟与试验研究

齿轮及其传动装置是现代机械装备的核心基础零部件,齿轮残余应力分布状态是影响其服役寿命的重要因素。文章以18CrNiMo7-6渗碳钢为研究对象,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,研究了静压力、超声振幅和超声频率等超声滚压强化加工参数对试样表面残余应力的影响。结果表明超声滚压强化加工有效地改善了18CrNiMo7-6渗碳钢试样表面的残余应力,且随着静压力和超声振幅的增加,18CrNiMo7-6渗碳钢试样表面残余压应力、最大残余压应力和残余压应力场深度均得到显著提高。

风电齿轮钢超声探伤缺陷的形成原因分析

超声波探伤是大规格风电用齿轮钢的缺陷检测手段之一,而探伤缺陷的出现意味着使用性能的不合格。为了改善风电齿轮钢中超声探伤缺陷频出的问题,探究了这种缺陷的形成原因。通过缺陷观察和精炼过程取样分析,明确了缺陷的类型和形成阶段。再结合热力学计算得出缺陷夹杂物的形成原因,并提出工艺改进措施。结果表明,这些探伤缺陷是由固态的镁铝尖晶石与液态的CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)夹杂物聚集而成的大尺寸夹杂物,且外围附着少量CaS,尺寸为30~100μm。缺陷夹杂物的主体是CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)夹杂物,而该夹杂物源自VD过程产生的高SiO_(2)含量的CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)夹杂物。分析发现,VD过程钢液中过低的[Al]含量是高SiO_(2)含量的CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)夹杂物形成的根本原因。由于[Al]含量过低,钢液中的[Si]将夹杂物中的Al_(2)O_(3)还原,形成高SiO_(2)含量的CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)夹杂物;随着钢液中[Al]含量重新升高,夹杂物中的SiO_(2)被部分还原,但是仍然有高SiO_(2)含量的CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)夹杂物残留。提高VD过程钢液中的[Al]质量分数至0.010%以上是减少高SiO_(2)含量的CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)夹杂物出现的合理措施,从而可以达到有效降低风电齿轮钢中探伤缺陷出现率的目的。

热处理工艺对17CrNiMo6齿轮钢带状组织的影响

17CrNiMo6大伞齿轮锻件经“880℃×4 h,空冷”正火+“680℃×5 h,空冷”回火预备热处理和“840℃×2 h,油冷”淬火+“200℃×2 h,空冷”回火最终热处理后,其切向、横向均存在5级带状组织,造成大伞齿轮锻件产品各向异性,使其横向的屈服强度、抗拉强度及塑韧性均低于要求值。分析了带状组织产生的原因,提出优化锻造加热和正火工艺。锻造加热过程中在950℃保温2 h进行高温扩散,正火温度升高至900℃保温6 h,同时在正火升温和降温至650℃均保温2 h,保证成分均匀,组织转变充分。最终带状组织消除,17CrNiMo6大伞齿轮锻件产品的力学性能尤其是塑韧性得到大幅提升。

硬态车削对18CrNiMo7-6钢表面完整性影响研究

介绍了硬态车削淬硬钢表面粗糙度与表层残余应力研究现状。通过设计单因素试验,对硬态车削18CrNiMo7-6渗碳钢圆棒试样的三维表面粗糙度与表层残余应力进行分析,探究硬态车削工艺参数对淬硬钢表面完整性的影响规律。结果表明干式硬态车削18CrNiMo7-6渗碳钢可获得较好的表面三维粗糙度与残余压应力,残余应力沿深度方向分布表现为先增大至最大值后逐渐减小至稳定值。在硬态车削过程中,进给速度对工件表面完整性影响最大,切削速度影响次之,背吃刀量影响最小。

4340钢与40CrNiMo钢的热处理特点

4340钢与40CrNiMo钢为相似的两种材料,但4340钢中的Ni、Mo元素含量略高于40CrNiMo钢,不同的合金元素含量使材料具有不同的临界冷却速度,两种材料的热处理性能也有明显的差别。4340钢完全退火硬度为32.0 HRC,40CrNiMo钢完全退火硬度<180 HB;4340钢正火后得到马氏体组织,正火硬度为49.0 HRC,40CrNiMo钢正火硬度为31.0 HRC;两种材料在780~870℃淬火,加热温度对淬火硬度没有影响;在相同淬、回火工艺下,4340钢的硬度略高于40CrNiMo钢。