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18CrNiMo7-6鋼深層滲碳工藝對組織性能的影響

近十多年來,風力發電、高鐵等的高速發展,歐標18CrNiMo7-6鋼被廣泛應用于制造風電變速箱齒輪、大模數齒輪、重載齒輪等。隨著齒輪模數增大,滲碳工藝要求有效硬化層深在3mm,甚至4mm或5mm以上。對于18CrNiMo7-6滲碳鋼硬化層深在3mm以上的滲碳工藝,國內一直有不同的觀點,而歐美都采用滲碳直接淬火工藝。因此,對18CrNiMo7-6鋼硬化層深在3mm以上,采用滲碳直接淬火和滲碳一次淬火兩種不同工藝,進行金相組織、力學性能研究,為18CrNiMo7-6鋼滲碳熱處理提供工藝試驗依據。



試驗材料和試驗方法



試驗用18CrNiMo7-6鋼采用電弧爐真空脫氣冶煉,澆注成鋼錠,經開坯、鍛造撥長,以及正火、高溫回火預先熱處理,制成φ30mm×180mm圓棒試樣,再進行滲碳。試樣化學成分為wC=0.18%wSi=0.28%wMn=0.70%wCr=1.6%wMo=0.29%wNi=1.48%wP=0.013%wS=0.011%H2×10-6O20×10-6,其余為Fe


φ30mm×180mm圓棒試樣與齒輪一起在Aichelinφ1600mm×2000mm井式可控氣氛滲碳爐滲碳,滲碳溫度920930℃,滲碳強滲期碳勢控制在1.1%1.2%,強滲時間3845h,擴散期碳勢為0.65%0.75%,擴散時間為1420h。然后隨爐降溫。降溫至830850℃保溫0.5h出爐。其中兩件試樣直接入60℃G油淬火,淬火時間30min;另兩件試樣入緩冷爐緩慢冷卻至室溫,再隨零件進Aichelin多用爐加熱,加熱溫度830850℃,碳勢為0.65%0.75%,保溫6h,入60℃G油淬火,淬火時間30min4件試樣均在160180℃回火6h,出爐空冷。滲碳淬火、低溫回火后按GB/T257442010《鋼件滲碳淬火回火金相檢驗》和GB/T94502005《鋼件滲碳淬火硬化層深度的測定和校核》進行金相組織和有效硬化層深度檢驗。利用AXIOOBSERVER.AI金相顯微鏡觀察組織,利用FM700半自動顯微硬度計檢驗有效硬化層深度,利用CMT5303萬能試驗機進行拉伸試驗,利用ZBC3302B沖擊試驗機進行沖擊試驗。



試驗結果與討論



1.18CrNiMo7-6鋼滲碳直接淬火的組織性能

18CrNiMo7-6鋼滲碳直接淬火、低溫回火工藝曲線如圖1所示。


圖1 18CrNiMo7-6鋼滲碳直接淬火、低溫回火工藝曲線


試驗結果:滲碳層組織如圖2所示,C1級,M4級,殘留A4級,硬化層深度HV15503.84mm,表面硬度6061HRC;心部組織如圖3所示,為低碳馬氏體;心部硬度40HRC;晶粒度如圖4所示;力學性能如表1所示。


表1 18CrNiMo7-6滲碳直接淬火低溫回火后力學性能

抗拉強度

Rm/MPa

屈服強度

Rp0.2/MPa

伸長率

A%

斷面收縮率

Z%

沖擊吸收能量

KV/J

1229

1014

9

49

49


圖2 18CrNiMo7-6鋼滲碳層組織


圖3 18CrNiMo7-6鋼心部組織


圖4 18CrNiMo7-6鋼晶粒度


2.18CrNiMo7-6鋼滲碳一次淬火的組織性能

18CrNiMo7-6鋼滲碳、加熱淬火、低溫回火工藝曲線如圖5所示。


圖5  18CrNiMo7-6鋼滲碳、加熱淬火、低溫回火工藝曲線

試驗結果:滲碳層組織如圖6所示,C1級,M3級,殘留A2級,硬化層深HV15503.90mm表面硬度6061HRC;心部組織如圖7所示,為低碳馬氏體;心部硬度40HRC;晶粒度如圖8所示;力學性能如表2所示。

圖6 18CrNiMo7-6鋼滲碳層組織


圖7 18CrNiMo7-6鋼心部組織


圖8 18CrNiMo7-6鋼晶粒度   

表2 18CrNiMo7-6滲碳緩冷再加熱淬火低溫回火后力學性能

抗拉強度

Rm/MPa

屈服強度

Rp0.2/MPa

伸長率

A%

斷面收縮率

Z%

沖擊吸收能量

KV/J

1262

1048

9.5

51

45


3.討論

(1)力學性能

18CrNiMo7-6鋼滲碳直接淬火加低溫回火和滲碳緩冷再加熱淬火再低溫回火,兩種工藝熱處理后其抗拉強度和屈服強度均很高,抗拉強度分別為1229MPa、1262MPa,屈服強度分別為1014MPa、1048MPa,塑性、韌性很好,伸長率分別為9%、9.5%,斷面收縮率分別為49%、51%,沖擊吸收能量分別為49J、45J。兩種不同的滲碳淬火方式,強度、塑性、韌性指標很接近,這是因為18CrNiMo7-6鋼合金元素Cr在合金鋼中大部分溶于鐵素體,使鋼的等溫曲線右移,提高鋼的強度和淬透性,同時也提高鋼的硬度和耐磨性;合金元素Ni在平衡條件下幾乎完全溶于鐵素體,使鋼的等溫曲線右移,且Ni鋼在加熱時晶粒不易長大。Ni的良好作用在于含量增高時,能在適當提高強度的同時,對塑性、韌性有良好的影響,尤其是低溫沖擊韌度值較高。鋼中同時加入Cr、Ni,除了Cr的強化作用,還可以保持Ni的良好作用,從而得到高的綜合力學性能。同時,由于Cr、Ni的相互作用,使鋼的淬透性提高很多,遠超單獨元素的作用。少量Mo元素的加入有細化晶粒的作用,因此18CrNiMo7-6鋼滲碳、淬火、低溫回火后強度高,塑韌性好。


(2)組織

18CrNiMo7-6鋼滲碳直接淬火加低溫回火和滲碳緩冷再加熱淬火再低溫回火,兩種工藝熱處理后滲碳層金相組織分別為馬氏體4級和3級,殘留奧氏體分別為4級和2級,碳化物均為1級,心部為低碳馬氏體,實際晶粒度均為7~8級。滲碳直接淬火+低溫回火后,馬氏體和殘留奧氏體級別比滲碳、緩冷、加熱淬火+低溫回火高1級和2級,碳化物和心部組織均一樣。因為,Ni與鐵生成無限互溶的γ相區為奧氏體形成元素,Ni在鋼中不能與碳結合形成碳化物;Cr、Mo與碳能形成碳化物,屬中等碳化物形成元素。18CrNiMo7-6鋼在滲碳緩冷過程中,會有Cr、Mo等元素的碳化物析出,使奧氏體中碳含量降低,在重新加熱淬火過程中,由于Cr、Mo等元素的碳化物溶解較慢,奧氏體中的C、Cr、Mo含量減少,使奧氏體的馬氏體轉變開始點升高,因而淬火冷卻后組織較細而殘留奧氏體較少。所以,滲碳直接淬火、低溫回火比滲碳緩冷、加熱淬火、低溫回火,表層高碳馬氏體稍粗大、殘留奧氏體量稍多。Ni鋼在加熱時晶粒不易長大,同時Mo也有細化晶粒作用,因此,滲碳直接淬火和滲碳緩冷再加熱淬火其晶粒大小基本一致,均為7~8級。由于淬透性較好,因此心部均為低碳馬氏體組織。



結論


通過對18CrNiMo7-6鋼深層滲碳直接淬火、低溫回火和滲碳緩冷再加熱淬火、低溫回火兩種工藝試驗研究,得出如下結論:


118CrNiMo7-6930℃滲碳,滲碳強滲碳勢控制1.1%1.2%,時間40h,擴散碳勢0.65%0.75%,時間為15h,然后隨爐降溫至830℃,碳勢0.65%0.75%,保溫0.5h出爐,在60G油淬火,冷卻0.5h,并160×6h回火后,滲碳層組織C1級,M4級,A4級,硬化層深度HV15503.84mm,表面硬度6061HRC,心部組織1級,心部硬度40HRC;晶粒度78級;抗拉強度:1229MPa,屈服強度:1014MPa,伸長率9%,斷面收縮率49%,沖擊吸收能量49J


218CrNiMo7-6930℃滲碳,滲碳強滲碳勢控制1.1%1.2%,時間40h,擴散碳勢0.65%0.75%,時間為15h,然后隨爐降溫至830℃,碳勢0.65%0.75%,保溫0.5h出爐緩冷至室溫,再加熱至830℃,碳勢0.65%0.75%,保溫6h,入60℃G油淬火,并160×6h回火后,滲碳層組織C1級,M3級,殘留A2級,硬化層深HV15503.90mm表面硬度6061HRC,心部組織1級,心部硬度40HRC;晶粒度78級;抗拉強度:1262MPa,屈服強度:1048MPa,伸長率9.5%,斷面收縮率51%,沖擊吸收能量45J

作者:郁俐、涂小龍

單位:杭州前進齒輪箱集團股份有限公司

來源:《金屬加工(熱加工)》雜志

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2019年12月11日 10:40 诛笑靥 [内蒙古自治区阿尔山市网友]

这篇文章我收藏了。

2019年12月11日 10:38 蔷薇 [福建省尤溪县网友]

你好,我是网站的管理员,看到您的网址这么好,想做个友情链接,可以吗?

2019年12月11日 8:08 励精图治 [辽宁省市辖区网友]

Technical leaders

2019年12月11日 7:02 三顾茅庐 [湖南省沅陵县网友]

你们钢管的光洁度怎么样?

2019年12月11日 5:30 黠心明 [广东省市辖区网友]

Professional manufacturer!

2019年12月11日 5:05 倩人提刀 [河北省高邑县网友]

我们是电动车厂,30*4 你们什么价格?发报价单到:ergre74ef@189.cn 谢谢。

2019年12月11日 5:04 花落半歌 [河南省焦作市网友]

发一个国家标准GB/T3639-2009最新版的给我,我的邮箱是:love20894@163.com

2019年12月11日 5:00 依诺 [四川省市辖区网友]

请问你们都做哪些国外标准?

2019年12月11日 3:43 [河南省临颍县网友]

技术领先才是真的领先

2019年12月11日 1:55 细纱 [湖北省西陵区网友]

Quality is the first!

2019年12月11日 1:11 和风戏雨 [河南省市辖区网友]

什么情况 火速围观、、

2019年12月11日 0:44 [江苏省灌南县网友]

12*1有现货吧?帮我来500公斤,QQ联系!735846298

2019年12月11日 0:38 [广东省禅城区网友]

请问你们的材料用的是哪个钢厂的?

2019年12月11日 0:06 [黑龙江省郊区网友]

请问,你们钢管都有哪些材料?

2019年12月10日 23:35 中原古风 [河北省深泽县网友]

垃圾,问你们定个管子还要起定量,没有5吨还不给做。

2019年12月10日 23:19 泣幽鬼 [广西壮族自治区合山市网友]

好文,强推!收藏了!

2019年12月10日 22:05 演绎轮回 [河南省焦作市网友]

这就是专业知识,收葳了!

2019年12月10日 21:21 悬梁刺股 [广东省罗定市网友]

专业知识 收藏了 后面慢慢研读。

2019年12月10日 20:25 [四川省自贡市网友]

上次问你们定的 1吨10*1的无氧退火的管子 太软了一受力就弯,下次帮我退生点。

2019年12月10日 19:54 [湖南省市辖区网友]

天天都有更新呀,内容这么丰富!

2019年12月10日 19:52 [四川省阿坝藏族羌族自治州网友]

有技术 走遍天下都不怕呀..

2019年12月10日 17:45 [广东省徐闻县网友]

专业好文章!

2019年12月10日 14:14 [湖南省麻阳苗族自治县网友]

3*1的超小口径的管子 可以做不?

2019年12月10日 13:44 [广西壮族自治区凤山县网友]

你好,打你们公司电话怎么没人接?有个钢管想问你们定。

2019年12月10日 13:02 罂粟 [陕西省太白县网友]

EN10305的标准怎么下载?直接发我邮箱吧:reqw342008@126.com 谢谢。

2019年12月10日 12:31 神色自若 [江西省金溪县网友]

DIN 2391 最新标准是哪一年的?可以发一份给我吗我的邮箱是:gsrea154354@sohu.com

2019年12月10日 12:10 [辽宁省铁西区网友]

你这篇文章我在钢管博客微信公众号上面看过了,到底是谁是原创呀!

2019年12月10日 11:51 [安徽省花山区网友]

专业的 专家!

2019年12月10日 11:22 [广东省武江区网友]

兄弟,问一下,你们的常州精密钢管博客是怎么推广的!访问量这么大!我也做了个博客,和你们不一个行业的。

2019年12月10日 10:48 灵瞳

好文章!收藏了。

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