粉末冶金法制造20CrMnTi钢汽车齿轮件代替传统工艺的研究

通过研究20CrMnTi齿轮材料使用粉末冶金方法制造代替传统锻造的方法,弥补了用传统方法制造齿轮的不足,验证了添加纳米粉体并采用合理的粉末冶金完全可以代替传统锻造方法制造汽车齿轮材料,为同行提供了借鉴。

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。

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。

20CrMnTi齿轮开裂失效分析

20CrMnTi齿轮经过真空渗碳及高压气淬低温回火热处理后,在磨齿工序发现齿轮开裂。通过化学成分分析、硬度测试、金相组织观察和断口形貌分析等方法对20CrMnTi齿轮开裂原因进行分析,结果表明齿坯存在过烧缺陷是导致齿轮开裂的根本原因。

20CrMnTi齿轮钢动态再结晶模型的研究

齿轮是机械传动系统的重要组成部分,20CrMnTi作为用途广泛的齿轮钢种,对棒材组织均匀性的要求越来越高。但是随着棒材尺寸增大,组织均匀性的控制难度进一步增加。为提高棒材组织均匀性,通过Gleeble热模拟实验,对齿轮钢20CrMnTi的奥氏体高温变形行为进行了研究,得到了变形温度为950~1150℃,应变速率为0.01~10 s^(-1),压缩应变0.7的真应力-真应变曲线。通过真应力-真应变曲线建立了该钢种的动态再结晶模型,模型包括动态再结晶临界应变模型、动态再结晶体积分数模型和动态再结晶晶粒尺寸模型。为进一步验证模型的准确性,采用阶梯试样进行热轧实验,得到轧后奥氏体晶粒尺寸。将轧制实验得到的奥氏体晶粒尺寸与20CrMnTi钢热-力耦合有限元模型中的再结晶模型计算得到晶粒尺寸进行对比,发现计算值与实验值良好吻合。证明该模型预测精度较高,可为20CrMnTi棒材轧制工艺优化提供相应的理论依据。

基于改进ResNet-18模型的弧齿锥齿轮安装位置偏差分类识别方法研究

针对现有的弧齿锥齿轮安装位置偏差分类识别效率低的问题,使用改进的ResNet-18神经网络构建轻量级弧齿锥齿轮安装位置偏差分类识别模型,改进的网络修改了ResNet-18网络第一卷积层,并引入了通道与空间注意力机制。实验结果表明,改进ResNet-18较原网络对于齿面接触印痕图像的分类准确率提高了3.23%,损失值降低了0.04。该方法为齿轮安装偏差识别提供了新路径,对弧齿锥齿轮总成的安装调整作业提供了一定的指导。

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。

18CrNiMo7-6齿轮钢表面激光熔覆及其胶合承载性能研究

目的基于激光熔覆技术提高18CrNiMo7-6齿轮钢的胶合承载性能。方法以不同比例的ZrO_(2)、MoS_(2)和Ni基合金粉末为熔覆材料,采用同轴送粉激光熔覆技术在18CrNiMo7-6齿轮材料表面制备2种激光熔覆合金层,分析熔覆层的微观组织与显微硬度,并利用MJP-30A滚动接触摩擦磨损试验机对激光熔覆试样和渗碳试样进行胶合承载性能模拟试验。结果NiCr20-3%ZrO_(2)(质量分数,下同)熔覆层主要由枝晶组织和胞晶组织组成,其表面硬度约为620HV0.5;NiCr20-3%ZrO_(2)-1%MoS_(2)熔覆层相组成物有胞状晶、树枝晶和黑色的花形状颗粒,其表面硬度约为486HV0.5;NiCr20-3%ZrO_(2)和NiCr20-3%ZrO_(2)-1%MoS_(2)2种熔覆试样的临界失效载荷较渗碳试样的分别提高了8.41%和44.86%;其中,渗碳试样为典型的热胶合损伤,临界闪温为207℃;NiCr20-3%ZrO_(2)熔覆试样未达到胶合临界闪温条件,其失效机制为熔覆层材料的疲劳剥落;NiCr20-3%ZrO_(2)-1%MoS_(2)熔覆试样在达到胶合临界闪温后,其表面的自润滑效果抑制了胶合的快速发展,当持续增大载荷至临界失效载荷后,随着表面疲劳裂纹的萌生与扩展最终形成局部材料脱落进而失效。结论与齿面渗碳强化相比,齿面NiCr20-3%ZrO_(2)-1%MoS_(2)激光熔覆强化更能有效提高胶合承载性能。

一种大尺寸20CrMnTi渗碳齿轮断裂失效分析

通过金相分析、化学成分分析、硬度测试、扫描电镜分析等,对一种大尺寸20CrMnTi渗碳齿轮的断裂失效事故进行试验研究。结果表明:齿轮断裂发生在弯曲应力最大的齿根部,在渗碳层发生沿晶断裂,心部为穿晶准解理断裂。齿轮失效的原因是该20CrMnTi钢齿轮尺寸大,齿轮的淬透性不足导致心部不能获得马氏体组织,而是形成了上贝氏体组织,贝氏体组织中的不连续片状碳化物分布在铁素体条间,在应力作用下促进了裂纹扩展,使齿轮最终失效。

挖掘机齿轮轴断裂原因

某挖掘机齿轮轴发生断裂,采用宏观观察、化学成分分析、硬度测试、扫描电镜分析以及金相检验等方法对齿轮轴断裂的原因进行分析,结果表明:齿轮轴半径不符合技术要求,半径圆弧不平滑,渗碳层的深度不合格,使应力集中处萌生微裂纹,微裂纹进一步发生疲劳扩展,最终导致齿轮轴断裂。

20CrMnTi齿轮钢热塑性的研究

在 Gleeble- 15 0 0热模拟试验机上进行拉伸试验 ,研究了 2 0 Cr Mn Ti齿轮钢的高温塑性及变形断裂机理。结果表明 ,2 0 Cr Mn Ti钢在熔点～ 135 0℃和 975～ 6 0 0℃温度区间塑性较差 ,135 0～ 10 0 0℃温度范围内塑性得到改善。晶界滑移是γ单相区低温域塑性恶化的主要原因 。

20CrMnTi材料成分波动对齿轮渗碳淬火性能的影响

通过有限元方法,探讨材料成分波动对齿轮渗碳淬火工艺性能的影响。以20CrMnTi半轴齿轮作为研究对象,利用JMATPRO软件,根据材料的化学元素波动的最大值与最小值分别建立2组材料性能数据库;基于DEFORM-HT软件,建立适用于渗碳淬火工艺的仿真数学模型,并对这2组材料性能数据库下的半轴齿轮分别进行渗碳淬火工艺仿真,对比分析齿轮渗碳淬火仿真后的各项参数。研究结果表明:材料成分波动对齿轮渗碳层影响较小,对淬火后相组织分布和齿轮变形量有较大影响。

18CrMnTi钢表面激光微造型的仿生工艺

为了探讨激光微造型表面仿生非光滑效应中粗糙度提高的工艺,运用SEM扫描电镜和图像处理技术提取荷叶表面微纳米形貌特征,在犁铧钢(18CrMnTi)表面进行激光微造型表面仿生正交试验研究。研究表明,图像处理中Sobel边缘算法有效地提取了SEM图片表面微纳米形貌层次特征,图像阈值取255时,提取表面形貌特征最多,犁铧钢仿生表面基本上再现了荷叶表面形貌;激光表面微造型极显著因素的主次关系是阈值>打标次数>电流强度,表面仿生最优值处的微造型粗糙度参数,即表面轮廓算术平均偏差(Ra)、微观不平度十点高度(Rz)和最大轮廓高度(Ry)提高的倍数分别为86.11、232.29和116.06。研究结果为激光微造型表面仿生多层次提取表面形貌信息和提高表面粗糙度工艺提供参考。

基于ANSYS的20CrMnTi齿轮的疲劳寿命分析

利用有限元软件ANSYS对材料为20CrMnTi的直齿圆柱齿轮进行仿真分析,计算出了齿轮的弯曲应力。同时与传统方法计算出的弯曲疲劳强度进行比较分析,并利用疲劳损伤理论来预测齿轮的疲劳寿命。

电弧炉流程20CrMnTi齿轮钢洁净度研究

采用气体分析法、化学分析法、扫描电镜、大样电解等方法,对20CrMnTi生产过程的中非金属夹杂物进行了研究。结果表明:LF炉渣黏度高时使得炉渣结壳,钢水易造成氧化,同时VD到中间包的过程钢液的二次氧化严重;精炼过程显微夹杂物主要为钙铝酸盐、硅铝酸盐复合夹杂及氧化产物,硫化物较少;大样电解结果显示连铸坯中大型夹杂物含有较多的TiO2和K2O,是钢液的二次氧化和卷入的结晶器保护渣所致;连铸坯中心弧线大型夹杂总量高,大型夹杂物平均总量为1.592mg/10kg。

微合金元素Ti对20CrMnTi齿轮钢质量的影响

研究了钢中Ti回收率的影响因素、Ti含量对钢中Ti夹杂物含量和奥氏体晶粒长大倾向的影响,以及C-Ti对20CrMnTi钢淬透性和力学性能的影响。结果表明,当Ti含量超过0.03%时,20CrMnTi钢中Ti夹杂物含量明显增加;当Ti含量从0.01%增至0.04%,980℃1h处理后钢中晶粒度从5级提高到8级;当控制C-Ti= 0.12%时,钢的淬透性带的宽度为HRC 4～6。

正火冷却速度对18CrNiMo7-6齿轮钢组织和硬度的影响

18CrNiM07-6钢(/%:0.17C、0.59Mn、0.24Si、1.56Ni、1.71Cr、0.28Mo)为表面硬化齿轮钢要求正火后钢的组织为铁素体+珠光体和较低的HB硬度值。18CrNiM07-6钢连续冷却后易得到高硬度的贝氏体组织。通过实验室高温箱式电阻炉试验表明,870～900℃1 h-640～660℃4 h炉冷至300℃,空冷,该钢的组织为铁素体+珠光体+贝氏体组织,HB硬度值为340～350;而870～900℃1 h,30℃/h至640～660℃,炉冷至300℃,空冷,该钢的组织为铁素体+珠光体,HB硬度值为190～210:生产试验表明,30 tΦ180 mm 18CrNiM07-6钢锻材经900℃10 h,≤30℃/h至650℃25 h,30℃/h至500℃空冷,可获得铁素体+珠光体组织。

60t LF-VD精炼过程18CrNiMo7-6齿轮钢夹杂物的演变

18CrNiMo7-6钢（/%：0.17C,0.57Mn,0.24Si,0.012P,0.003S,1.70Cr,1.49Ni,0.28Mo）的冶金流程为60 t EAF-LF-VD-2.1 t铸锭。取样分析了EAF铝锭预脱氧,LF铝粒和碳化硅混合脱氧剂扩散脱氧（LF初渣成分/%：57～60CaO,20.5～22.0Al_2O_3,9.9～11.3SiO_2,8.8～10.6MgO,0.7～1.1FeO,0.7～0.9MnO）,VD后和软吹后钢中夹杂物数量、尺寸和组成的变化。结果表明,精炼过程1～10μm夹杂物数量降低16.67%,〉10μm夹杂物数量降低50%,≥30μm夹杂物基本去除;精炼过程中生成的夹杂主要为镁铝钙的复合夹杂物和CaS,MgS,MnS等硫化物;成品材中主要为Mg-Al的氧化物夹杂,硫化物以MgS为主,有少量MnS、CaS。应进一步优化冶炼工艺,控制中小型夹杂物的形成。

18CrMnNiMo钢螺旋伞齿轮表面产生裂纹的原因分析

分析了18CrMnN iMo钢螺旋伞齿轮渗碳淬火后表面产生裂纹的原因。结果表明,齿轮渗碳时由于气氛碳势过高造成渗层组织中的碳化物沿晶界呈连续网状分布增大了渗层的脆性,而齿轮渗碳空冷后产生的表面拉应力导致裂纹沿晶界产生和扩展,因此网状碳化物是产生表面裂纹的主要原因。