20CrNi2Mo钢带状组织的形成与消除

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*#-./0*12钢带状组织的形成与消除

华公平3晁国强3侍继香

)中国南车集团戚墅堰机车车辆工艺研究所3江苏常州*"’#""+

摘要!探讨了齿轮用*#-./0*12钢带状组织的形成机理3形成条件及影响因素3分析了带状组

织对齿轮渗碳层的影响3规定了齿轮用钢带状组织的允许范围3通过工艺试验3找出了消除

*#-./0*12钢带状组织的方法4

关键词!齿轮5*#-./0*12钢5带状组织

中图分类号!6*$#7(文献标识码!8

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!前言

随着铁路机车速度的提高"载荷的增加3作为关键零部件的牵引齿轮的工作条件也日趋恶劣3对齿轮性能提出了更高的要求4一方面3渗碳"淬火齿轮以更优良的弯曲"接触疲劳强度和耐磨性而获得越来越广泛的应用5另一方面3为发挥材料的性能3对齿轮用钢的研究也日趋深入4我国近期从日本及西欧等工业发达国家引进了一批专用齿轮钢3其中*#-./0*12钢以优良的综合性能"高的性价比3曾在国外的高速"地铁及城市轨道车的牵引齿轮上获得广泛的应用4近年来3戚墅堰机车车辆工艺研究所

收稿日期!*##’%#’%"#

作者简介!华公平)"$$’%+3男3江苏金坛人3工程师3"$$&年毕业于西安交通大学材料科学与工程专业3工学学士3现从事齿轮材料及热处理研究工作4对该钢进行了深入研究3成功地将该钢应用在地铁及城市轨道车的牵引齿轮上3并尝试将该钢用于高速机车的牵引齿轮上4

在对*#-./0*12钢制齿轮进行热处理的过程中3发现经过锻造并退火的齿轮毛坯中出现了比较严重的带状组织3引起钢机械性能的各向异性3并有可能导致零件渗碳层的开裂%"&3但具体对零件使用性能的影响3目前尚无确切定论4

本文试图对*#-./0*12钢的形成机理"形成条件"影响因素进行探讨3研究带状组织对渗碳层的影响"渗碳齿轮带状组织的允许范围5通过工艺试验3找出消除带状组织的方法4

’试验

采用抚顺钢厂提供的("*#j j的*#-./0*12圆钢3其化学成分见表"!

$

试验研究

　万方数据

表!"#$%&’"()钢的化学成分

*

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试验过程如下6

7!8将9!"#::圆钢按两种锻造工艺锻成92

#::的圆棒;两种锻造工艺分别编号为<=>?<==

>@对试棒进行退火处理;退火工艺编号为@用金相显微镜对经过<=A!>及<==A!>处理的试棒进行组织检查B 7"8将经过<=A !>处理的试棒加工到9"4::后进行渗碳试验;用金相显微镜检查渗碳层组织@渗碳工艺编号为<">@对渗碳后的圆棒按工艺<1>

进行淬火试验;用显微硬度计检查渗碳层硬度分布B 718对经过<=

>处理的试棒进行常规正火及高温正火处理;工艺编号分别为<2>?<4>@用金相显微镜对经过<=A2>?<=

A4>处理的试棒进行组织检查B 728对经过<=

A!>处理的试棒再次进行<2>?<4>的工艺处理@用金相显微镜对经过<=A!A2>?<=A!A4>

处理的试棒进行组织检查@各种处理工艺见表"@

表"处理工艺

工艺编号

具体工艺描述

=9!"#::圆钢拔成95#::圆棒?再镦成9C #::圆棒?最后拔成92#::圆棒@

==9!"#::圆钢拔成92#::圆棒@

!C C #DE0#:’,;炉冷到1##D 出炉空冷@"在01#D?$F G!/"*下强渗2C #:’,;再于01#D?$F G!/#*下扩散2"#:’,后炉冷到1

##D 出炉@1C 1#DE0#:’,;油淬B !C #DE!"#:’,;空冷@2C C #DE0#:’,

;出炉空冷@4

01#DE0#:’,

;出炉空冷@H 结果及其分析

H /I 带状组织的形成机理与影响因素分析

经<=A!>及<==

A!>处理的圆棒的组织见图!?图"@从图!?图"可以看出6"#$%&’"()钢经热变形后再经退火处理;获得铁素体A 珠光体的平衡组织;

并且铁素体与珠光体均呈较严重的带状@

图!经<=

A!>工艺处理后的组织!##E

为阐明"#$%&’"()钢中带状组织产生的机理;

首先说明两点6

7!8固溶于"#$%&’"()钢中的碳元素与代位的

合金元素;在钢中的扩散系数有很大的差别;碳的扩散系数J $远大于合金元素的扩散系数J (@在钢的凝固过程中;碳与合金元素一起发生枝晶偏析;在钢

加热奥氏体化并保温后;由于扩散速度的差异;碳将优先均匀化;而合金元素则很难达到均匀化@这就使得枝晶偏析得以保留而成为带状组织形成的基础

@

图"经<==

A!>工艺处理后的组织!##E

7"8由于带状组织是固态相变的产物K "L

;

而钢中的合金元素影响固态相变的相变点@

根据上述两点认为6当"#$%&’"()钢锻后进行

退火加热时;奥氏体中的碳浓度已相对均匀;但合金元素浓度不均匀@当钢在奥氏体化温度保温时;碳将通过扩散使得各处的活度相等;合金元素对碳活度的影响将导致各处的碳浓度产生差异@碳与合金元素对相变点M 1的综合影响导致"#$%&’"()钢中局部区域的M 1点产生差异@当"#$%&’"()钢从奥氏体相区冷却时;从图1所示的该钢等温转变曲线来

C

试验研究

机车车辆工艺

第4期"##1年!#月

万方数据