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。

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。

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。

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。

高速外圆磨削18CrNiMo7-6齿轮钢工艺参数优化

以18CrNiMo7-6齿轮钢为试验材料,采用正交试验法,研究高速外圆磨削加工中砂轮线速度、工件转速、砂轮径向进给速度和砂轮粒度等工艺参数对工件三维表面粗糙度幅度参数Sa、Sku和Ssk等工艺指标的影响。运用灰色关联分析方法对试验结果进行分析研究,将多项工艺指标的优化问题转化为单一目标灰关联度优化,以正交试验极差分析结果,得出最优工艺参数组合,即砂轮线速度90 m/s、工件转速90 rpm、砂轮径向进给速度0.1 mm/min、砂轮粒度W20。经过试验验证,该工艺参数组合能够有效获得更理想的表面质量。

超声滚压18CrNiMo7-6齿轮钢表面变质层性能分析

研究了18CrNiMo7-6齿轮钢超声滚压后表面变质层的性能和加工工艺。分别运用三维表面形貌测量系统、显微硬度计、超景深三维显微系统和高速大功率X射线残余应力分析仪等工具观察试样加工前后的表面变质层变化,并采用单因素试验分析试验数据,研究超声滚压工艺参数对试样表面变质层的影响。结果表明:经过超声滚压加工,表面粗糙度由未经超声滚压处理的3.003μm减少到0.468μm,显著的加工硬化在该材料表面形成,表面显微硬度从最开始的360.9 HV升高到442.9 HV,升高了22.7%,高硬度层达到了300μm;平整的表面在超声滚压加工后出现;在距离表面40μm处残余压应力形成峰值,其值约为-790.97 MPa。超声滚压技术显著提高了材料的变质层性能。

70tEAF-LF-RH冶炼18CrNiMo7-6齿轮钢过程的夹杂物变化

采用全流程取样,利用ASPEX全自动扫描分析法进行检验,对70tEAF+LF+RH工艺生产的齿轮钢18CrNiMo7-6钢中夹杂物特性的演变规律进行系统的分析和研究,试验结果表明,LF精炼调整成分后,夹杂物数量去除率粒径1-10μm为89%,>10μm为97%,从LF精炼调整成分后至软吹结束,夹杂物数量去除率粒径1-10μm为54%,>10μm为66%,>20μm的夹杂物基本清除。夹杂物完成了Al_(2)O_(3)→Al_(2)O_(3)·MgO→Al_(2)O_(3)·CaO的转变。

18CrNiMo7-6齿轮钢带状组织控制及其对力学性能的影响

采用显微硬度、SEM、拉伸、冲击以及微观组织分析等试验方法研究了热处理工艺对18CrNiMo7-6齿轮钢带状组织的影响,以及不同程度带状组织对淬回火后试验钢显微硬度的均匀性、成分偏析程度和力学性能的影响。试验结果表明：在930℃奥氏体化保温后,采用强风冷却方式快速冷却到610℃后炉冷到400℃空冷的冷却方式可以将带状组织降低到1.0级,但若采用连续快速冷却的方式,则会导致大量贝氏体组织的生成;不同带状组织试验钢经过850℃淬火＋180℃回火热处理,显微硬度极差值在30～35HB之间,硬度分布均匀,纵、横向力学性能结果表明试验钢各向异性程度相当。

18CrNiMo7-6齿轮钢真空渗碳工艺研究

在轨道交通重载机车主动齿轮生产工艺中引入真空渗碳油淬工艺。研究主动齿轮18CrNiMo7-6材料的真空渗碳工艺,并与该齿轮常用的传统可控气氛渗碳工艺进行对比,对热处理后试样的碳浓度、硬度、有效硬化层深度、金相组织等进行检测分析。结果表明:该主动齿轮真空渗碳比传统可控气氛渗碳节约18%的工艺时间,且真空渗碳后的组织无内氧化、非马氏体等不良组织,马氏体、碳化物等组织级别均符合该机车主动齿轮技术条件。

18CrNiMo7-6齿轮钢球化退火工艺

就齿轮钢球化退火的机理进行了研究,结合18CrNiMo7-6高合金齿轮钢的原始组织特点,制定了4种不同的球化退火工艺方案。从球化率、硬度均匀性等指标分析各种方法的优缺点,并对各工艺球化的机理给出了合理的解释。

18CrNiMo7-6渗碳合金钢电解抛光参数研究

为提高18CrNiMo7-6渗碳合金钢表面变质层的电解抛光加工质量,开展18CrNiMo7-6渗碳合金钢表面变质层不同渗碳层深度下的电解抛光工艺分析与试验。结果表明,选择浓磷酸与浓硫酸混合溶液作为电解液,温度为40~45℃,首先研究18CrNiMo7-6渗碳合金钢表层试样在不同抛光电压、抛光电流及抛光时间工艺参数下电解抛光后的表面质量,得到18CrNiMo7-6渗碳合金钢表层的最佳电解抛光参数为10 V、1.8~1.9 A、70 s;再对得到的表层最佳参数进行微调,得到不同渗碳深度下试样的最佳电解抛光参数,次表层电解抛光参数为10 V、1.6~1.7 A、65 s,心部电解抛光参数为10 V、1.5~1.6A、60 s。

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。

18CrNiMo7-6齿轮钢的热变形行为及组织演变规律

利用Gleeble-3500热模拟试验机对18CrNiMo7-6齿轮钢进行了等温单道次压缩试验,研究了变形温度为900~1150℃,应变速率为0.01~5 s^(-1),应变为0.76的条件下材料的热变形行为;并且通过光学显微镜对热变形后的微观组织进行了分析。建立了唯象型Arrhenius本构方程,预测的峰值应力与试验数据具有很好的一致性。高温热变形过程是加工硬化与动态回复以及动态再结晶的竞争过程,在热变形的过程中会形成变形晶粒、再结晶晶粒、等轴晶和晶粒长大等4种类型的微观组织。当应变速率为0.01 s^(-1)时,动态再结晶程度与变形温度成正比,当变形温度超过1050℃时,变形能转变成晶粒长大的驱动能,使得晶粒粗大;当应变温度一定(1050℃)时,随着应变速率的增大,动态再结晶发生不完全,导致晶粒组织出现细化、畸变、不完全再结晶共存的现象。变形程度越大,晶粒越细小。

渗碳工艺对18CrNiMo7-6合金钢缺口件疲劳性能的影响

为分析渗碳工艺对18CrNiMo7-6缺口构件疲劳性能的影响,对应力集中系数Kt=1.86的缺口试样进行渗碳热处理并测定其旋转弯曲疲劳性能,同时对试样表层组织、硬度以及应力场进行了表征。结果表明,渗碳热处理可以明显提升试样表面硬度并引入残余压应力,并且可以显著提升缺口试样的疲劳性能,相较于未渗碳试样疲劳极限提升超过100%;随着有效硬化层深度的增加,缺口试样的疲劳极限均呈现先增后减的趋势。未渗碳试样和渗碳试样的疲劳源均在缺口根部表面处,且均为多源断裂。疲劳过程中渗碳试样表面残余奥氏体在循环应力作用下诱导马氏体相变,其转变量存在一个临界值。

18CrNiMo7-6钢静态CCT曲线测定与组织分析

利用Gleeble-3800热模拟机对0.1~30℃/s冷却速度下18CrNiMo7-6风电钢连续冷却膨胀曲线进行测试。结合金相-硬度法绘制了18CrNiMo7-6风电钢静态连续冷却转变曲线(CCT曲线),分析了不同冷却速率条件下18CrNiMo7-6风电钢组织转变规律。实验结果表明,18CrNiMo7-6风电钢奥氏体相变点Ac1相变温度为765℃,Ac3相变温度843℃。当冷却速度小于0.5℃/s时,试验钢组织为铁素体和珠光体,发生高温相变;冷却速度0.5~1℃/s时,试验钢中铁素体逐渐减少,开始出现板条状马氏体组织;冷速大于2℃/s时,试验钢组织主要为贝氏体及马氏体,同时发生中温相变和低温相变;随冷速增加钢中贝氏体组织含量减少,马氏体组织含量增多;冷速大于20℃/s,组织全部为马氏体,只发生低温相变;冷速由0.1℃/s增加至30℃/s过程中,风电钢试样硬度逐渐增加。

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。

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。

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。