20MnCr5齿轮钢氧含量控制及其对钢的疲劳性能影响

提出了100 t EAF-LF-VD-CC-CR全流程控制齿轮钢氧含量的工艺措施;研究了0.00053%~0.00145%氧含量20MnCr5齿轮钢的旋转弯曲疲劳性能、断口和夹杂物尺寸。结果表明,钢中总氧含量越高,最大夹杂物尺寸也越大,疲劳强度越低,当[O]≤0.0010%时,随[O]降低,疲劳强度升高幅度较小;试验钢在表层不产生疲劳裂纹的临界夹杂物尺寸为21μm,距表面深度30~430μm的浅层区域为相对安全区域,其中的夹杂物很难引起疲劳开裂。

20MnCr5钢齿轮表面渗碳层的显微组织

在930℃下对20MnCr5钢齿轮进行常规真空渗碳热处理,利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、电子探针和显微硬度计等研究了渗碳层的显微组织、元素分布和显微硬度。结果表明:渗碳层表层组织由高碳针状马氏体与残余奥氏体组成,随距表面距离增大,针状马氏体向板条马氏体转变;渗碳层中还析出了条状富铬碳化物和球状富锰碳化物,碳化物呈弥散分布;渗碳层表面硬度为860 HV,远高于基体,随距表面距离增大,渗碳层硬度下降。

60tEAF-LF-VD-CC流程冶炼低硅20MnCr5(S)的工艺实践

以某钢厂的生产数据为实践依据,解释低硅20MnCr5(S)汽车齿轮钢的冶炼难点包括硅含量控制和洁净度控制。系统的阐述了60tEAF-LF-VD-CC流程冶炼低硅20MnCr5(S)的工艺控制思路和关键注意事项。电炉方面包括优化配料结构、缓解终点钢液氧化性、改善炉后预脱氧效果,为后续精炼创造良好初始条件。LF炉精炼方面包括确定渣系配比、弱铝脱氧、扩散脱氧等操作方法,提高钢液脱氧和去除夹杂物效果。VD真空处理之后执行软吹工艺达到夹杂物充分上浮去除效果。连铸方面给出了各项关键工艺参数和操作的控制要求。精炼期精准控制化学成分。通过上述工艺技术解决了的连铸水口结瘤问题,同时达到棒材的氧含量(8~12)×10^(-6),夹杂物B细≤1.0级、B粗≤0.5级的控制水平。形成了一套完备的短流程冶炼低硅20MnCr5(S)汽车齿轮钢生产工艺。

钙处理对20MnCr5钢中夹杂物变性的影响

通过对20MnCr5齿轮钢在LF-RH-CCM过程中成分与夹杂物的检测,结合热力学分析研究了钢水成分对钙处理效果的影响。结果表明:20MnCr5钢在钙处理时,应将钢中的氧、硫、铝含量控制在合适的范围内,钙处理可以使夹杂物达到较好的变性效果,并得到低熔点夹杂物。

硫化物改质对20MnCr5齿轮钢夹杂物和切削性能的影响

齿轮钢广泛应用于汽车、机械等传动系统,易切削化是提高齿轮加工效率、降低制造成本的主要途径之一。提高钢中硫元素含量是改善齿轮钢切削性能的有效方式,然而过多的硫元素在轧制时会形成条带状MnS,增大钢的各向异性,因此需要对硫化物进行改制处理。分别采用Ca处理和Mg处理两种方式对20MnCr5齿轮钢进行硫化物改质,通过对力学性能、组织形态、夹杂物分布以及切削性能等表征,对比分析不同改制方式对材料的影响。结果表明,Ca处理和Mg处理后试验钢的强度和塑性保持一致,而Mg处理试样的晶粒尺寸较小,因而韧性较高。Ca处理试验钢中MnS夹杂物数量较多,长条状夹杂物比例相对较高;而采用Mg处理可以有效降低钢中夹杂物的数量,夹杂物平均尺寸有所增大,同时小长径比夹杂物数量增多,但是复合氧化物型夹杂物的数量也有所增加。在240~280 m/min条件下进行了干切削试验,结果表明两种试验钢均出现前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损,其中Ca处理试样的刀具磨损较为严重,同时在较高切削速度下出现了积屑瘤和崩角现象,而Mg处理试样则具有更长的刀具使用寿命,对切削速度的敏感性也较低。分析可知,Mg处理后钢中存在较多的大尺寸球状硫化物夹杂物,提高了应力集中效应,更有利于改善切削性能,因而改制效果更好。

镁对20MnCr5齿轮钢中夹杂物的改质研究

20MnCr5齿轮钢通常有较好的疲劳性能及切削性能,而钢中夹杂物是影响这些性能的重要因素。为了研究镁对20MnCr5齿轮钢中夹杂物的改质行为和规律,开展了相应的工业实验,采用金相显微镜、扫描电镜以及非水溶液电解腐蚀技术对铸坯和轧材进行了分析。结果表明:镁处理后,钢液更加洁净,夹杂物数量变少,尺寸也变小;以Al_(2)O_(3)为核心外围包裹着MnS的复合夹杂,转变为以MgO·Al_(2)O_(3)为核心外围包裹着MnS的复合夹杂物,且复合夹杂物的占比从4.2%提高到8.3%。对轧材进行分析,发现镁的加入使20MnCr5轧材中长条状的硫化物更加短小弥散,硫化物的细系评级从2.5级显著降低到1.5级;由于复合夹杂物内部硬质MgO·Al_(2)O_(3)核心抑制了轧制过程中夹杂物的变形,使夹杂物保持球形或椭球形。

合金元素的变化对20MnCr5钢齿轮渗碳淬火后性能的影响

为探究合金元素变化对渗碳淬火齿轮性能的影响规律,以20MnCr5低碳合金钢制齿轮为研究对象,利用JMatPro软件计算得到两种含不同合金元素的20MnCr5钢的材料性能参数;基于有限元方法开展齿轮渗碳淬火模拟分析,根据实际热处理工艺路线,建立渗碳淬火过程的数学模型,通过COSMAP软件模拟了齿轮的渗碳淬火热处理工艺过程,对比分析合金元素变化对渗碳淬火20MnCr5钢齿轮的温度场、组织场和硬度场的作用结果。研究表明,模拟值与试验值具有较好的一致性。温度场和渗碳层对合金元素含量的变化反应不明显,而渗碳淬火后的组织分布和硬度分布受C、Mn、Cr、Al等合金元素变化的影响较大。