28MnCr5齿轮钢高温力学性能的研究

在Gleeble-1500热模拟实验机上对28MnCr5齿轮钢进行高温拉伸实验,得出了28MnCr5钢试样第III脆性温度区分别为600~950℃,并用扫描电镜分析了塑性区与脆性区的断口形貌。晶界滑移则是28MnCr5产生脆性最低点的原因。

LF(VD)精炼工艺对控制28MnCr5齿轮钢中硫和硫化物的影响

试验了45 t LF精炼渣的碱度、喂硫线和脱氧工艺对28MnCr5钢(％:0.25～0.30C、0.60～0.80Mn、0.020～0.035S、0.80～1.00Cr)硫含量的控制、氧化物含量和钢中硫化物的影响。结果表明,LF精炼渣碱度控制在2.8～5.1喂硫线,VD后硫的回收率达80％～90％;钢中氧化物级别≤1.5级;精炼结束喂适量CaSi线可改善钢中硫化物的形貌。

渣成分对冶炼28MnCr5齿轮钢时CaO-SiO2-Al2O3-MgO精炼渣系熔点的影响

以28MnCr5齿轮钢(/%:0.28C、0.09Si、0.70Mn、0.015P、0.027S、0.95Cr)50 t电弧炉-LF-VD的生产过程为对象,利用热力学计算软件FactSage,研究CaO-SiO_2-Al_2O_3-MgO精炼渣系中不同成分比例对其熔点的影响,找出最佳的比例使夹杂物控制在低熔点区域,以便于去除。结果表明,(CaO)/(SiO_2)≤1时,低熔点区域占总相图面积的百分比较大;当CaO含量为30%时,低熔点区域占总相图面积的百分比达到所有的最大值,为53.2%;4组元最佳配比为(%)30CaO-30SiO_2-25Al_2O_3-15MgO。

28MnCr5齿轮钢中关键元素的控制研究

针对莱钢生产的28MnCr5齿轮钢中的C、Si、S、P等元素的控制工艺进行了研究,结果表明为了得到理想的成分控制,在电弧炉出钢时,应控制钢水中(C)小于0.20%,(P)小于0.010%,尽量减少钢水中硫含量。为防止精炼钢水增硅、回磷,电弧炉出钢严禁下渣。在VD工位,钢水中会有0.02%左右的碳增量,0.02%左右的硅增量,因此在LF调整合金成分时,应该留出一定的增量。

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。

27MnCr5钢汽车半轴齿轮等温退火工艺改进研究

研究了脱碳层深度对27MnCr5钢汽车半轴齿轮渗碳淬火回火后容易破碎现象的影响。结果表明,采用脉冲真空电阻炉进行等温退火,使用充氮换气的方法来取代甲醇保护气氛介质,能有效控制脱碳层深度,齿轮断裂的现象得到了有效解决。

27MnCr5钢齿轮渗碳淬火回火后组织粗大的工艺改进

对27MnCr5钢齿轮经过渗破淬火低温回火后出现粗大组织的现象进行了分析,并采取了相应的工艺改进措施。结果表明,对元素偏析严重、奥氏体晶粒粗大的齿轮原材料要杜绝流入生产;严格控制齿轮流转的各热加工工序特别是对锻造温度的控制;在机加工和渗碳淬火低温回火之前加一道等温正火工艺,都能有效控制齿轮组织粗大,保证齿轮产品质量。

27MnCr5齿轮钢热压缩变形行为及动态再结晶

采用Gleeble-1500热模拟实验机在变形温度为800～1100℃,应变速率为0.1～10 s^-1范围内对27MnCr5齿轮钢进行热压缩实验,研究27MnCr5齿轮钢的动态再结晶行为,构建合金的本构关系和动态再结晶模型,研究变形条件对27MnCr5齿轮钢显微组织的影响。结果表明：变形温度越高,27MnCr5齿轮钢的流动应力越低,动态再结晶体积分数越高;当变形温度升高至1100℃时,晶粒粗化现象很明显,平均晶粒尺寸较大;利用Deform软件对构建的动态再结晶模型进行数值模拟,平均晶粒尺寸误差在20%以内,应力-应变本构关系和动态再结晶模型能较好的预测实验结果。

40t EAF-LF-VD-3.7t铸锭工艺高品质齿轮钢20MnCr5H-1的研制

采用40 t电弧炉-LF-VD-3.7 t锭模铸-轧制工艺开发了20MnCr5H-1高品质齿轮钢（/%：0.17-0.22C,≤0.12Si,1.0-1.5Mn,≤0.035P,0.015-0.035S,0.8-1.3Cr,≤0.0020O,0.015-0.045A1）-Φ80 mm材。通过控制EAF终点[P]≤0.015%,LF精炼渣碱度≥2.5,并调整钢中元素含量,VD处理、喂硫线等工艺措施,试制的5炉20MnCr5H-1钢的成分为（/%）：0.16-0.20C,0.05-0.12Si,1.20-1.30Mn,0.009-0.025P,0.020-0.035S,1.00-1.10Cr,0.000 8-0.001 5O,0.015-0.040Al,淬透性带宽AHRC为4,各项指标均满足要求。

40%铁水-50 t EAF-LF-VD-CC流程16MnCr5齿轮钢的开发

通过LF使用0.004%Ti的中碳锰铁和0.012%Ti的低钛铬铁调整合金成分,扩散脱氧0.3%Ti的碳化硅使用量≤10 kg/炉,使用高碱度精炼渣(/%):50～55CaO,5～8SiO_2,27～31Al_2O_3,7MgO,≤0. 8(FeO+MnO)以及喂硫线等工艺措施,生产的4炉16MnCr5钢化学成分稳定/%:0.17～0. 19C,0. 12～0. 16Si,1.15～1.16Mn,0.012～0.016P,0.026～0.030S, 0.93～0. 96Cr, 0.007～0.008Ti, 0.0006～0.0008B, 0.026～0.030Alt, 0.001 3～0.001 50,钢中非金属夹杂物A细系≤2.0级,A粗系≤1.5级,其它均≤1.0级,带状组织≤2.0级,淬透性带宽△HRC值≤6,满足技术协议要求。

16MnCr5钢形变热处理相变和显微组织研究

在热模拟机上测试了 16 Mn Cr5钢经 12 0 0℃加热的未变形奥氏体、在 86 0℃经 5 0 %压缩变形奥氏体的 CCT曲线和维氏硬度 ,研究了其相变组织。结果表明 :未变形奥氏体以 0 .0 2 5℃ / s连续冷却时和在 86 0℃变形的未再结晶奥氏体以 0 .2℃ / s连续冷却时及 110 0℃变形的再结晶奥氏体分别以 0 .0 5℃ / s连续冷却和快冷至 6 6 0℃等温退火时均得到多边形铁素体 +珠光体组织。

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。

高品质齿轮钢28MnCr5的开发

山东莱芜钢铁集团股份有限公司采用"EAF→LF→VD→CC"工艺开发了28MnCr5齿轮钢,通过精确控制钢中C、Si、S、P等元素,得到能够满足成分要求的钢水。试验结果表明:采用该工艺生产高品质汽车用28MnCr5齿轮钢铸坯w(T.O)≤15×10-6,夹杂物种类、形态和尺寸得到有效控制,淬透性满足要求。

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。

20MnCrS5真空低压渗碳气淬多场耦合模拟分析

目的采用试验研究、模拟计算和理论分析相结合的手段,对20MnCrS5齿轮钢真空低压渗碳过程的组织性能演变机理进行研究。方法引入符合真空渗碳强渗、扩散交替进行的扩散边界条件,并修正硬度计算方程,开发真空低压渗碳高压气淬过程仿真模型。分别建立ϕ15mm×100mm圆棒试样二维轴对称和三维实体有限元模型,对20MnCrS5圆棒试样不同工艺参数下真空渗碳过程进行模拟仿真,开展真空渗碳试验与仿真分析化研究。结果二维轴对称模型和三维实体模型计算精度接近,可以代替三维模型,提高计算效率。不同工艺参数真空渗碳过程得到的模拟和试验结果吻合较好,验证了改进模型和方程的可用性,并对不同工艺条件下碳浓度、组织和性能演变规律进行了研究。而后将模型应用到德国FZG(Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau)标准齿轮样件,对其真空渗碳过程进行了模拟,结果可较好地反映齿轮不同位置碳浓度分布的特点,进一步验证了模型的准确性。结论通过本研究,揭示了20MnCrS5齿轮钢真空低压渗碳过程的组织性能演变机理,并为复杂零部件真空渗碳过程工艺开发提供了新的思路。

一种变速器齿轮定位孔热处理变形分析

对16MnCr5钢制变速器从动齿轮定位孔和螺钉孔热处理变形进行测试、分析,指明选用“H”钢、严 格控制钢的淬透性波动范围和热处理前冷加工尺寸范围,同时施行正确热处理的工艺是生产中的 关键问题。