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板材与棒材组织控制的不同

2017年12月21日来源:中国冶金装备网阅读数:分享到:

薄钢板、厚钢板主要利用铁素体、贝氏体、马氏体、残余奥氏体的多相组织控制,达到使用要求。棒材多为需要淬火和回火钢。如渗碳钢,关键是如何利用渗碳淬火获得强韧性良好的单相马氏体。马氏体组织在原始奥氏体晶粒内的结构层次是马氏体块、马氏体束和马氏体板条。

对弯曲疲劳和冲击负荷引起的早期断裂部件进行分析的结果表明,断裂起点多是1)不完全淬火组织(软质铁素体、珠光体);2)局部晶粒粗大化的脆弱部位。提高渗碳钢各种强度的方法,其中最有效的方法是使渗碳钢的组织为均匀细晶马氏体。

如果从用于汽车、工程机械、加工机械的动力传动装置(变速器等)的齿轮、转动轴的钢来看,棒材难于板材。以渗碳钢为例,渗碳钢的碳含量为0.15%-0.25%,原因是渗碳钢部件表面经渗碳、淬火回火发生硬化,提高了部件的耐磨性和疲劳强度,同时,由于部件芯部(非渗碳层)含碳量较低,使部件具有良好的韧性。

动力传动装置(变速器等)的齿轮、转动轴用钢有含Cr量约为1%的铬钢、在Cr钢基础上添加Mo的铬钼钢、在铬钼钢基础上添加Ni的镍铬钼钢等类别。一般希望使用不含Ni、Mo的廉价并且加工性好的铬钢。但当部件较大并要求较高强度时,多使用铬钼钢和镍铬钼钢。在使用这些含Ni、Mo的钢种时,存在加工性不良和材料成本升高的问题。

特别是近年来出现的合金价格高涨以及未来资源枯竭的问题,引发了选用价格波动小、供给风险小的合金元素进行渗碳钢的高强度化的要求。从这个方面来看,提升空间很大。 驱动系统部件要求的强度有剥蚀强度、弯曲疲劳强度、扭转强度、冲击强度等。高强度部件使用的材料标准中的铬钼钢、镍铬钼钢和增加Ni、Mo的开发钢,但导致加工性变差和成本升高。这种高强度化和加工性相悖的问题长期没有得到解决。

如果能够不依靠Ni、Mo的添加,只通过渗碳钢基本成分C、Si、Mn、Cr的优化实现高强度,就可以实现渗碳钢的加工性良好、成本低廉的要求,解决多年困扰渗碳钢问题的道路。 渗碳钢制作的代表性为驱动部件,应对汽车行驶中转速变化和发动机扭矩变化的变速器齿轮和转动轴,以及汽车转向时,使左右车轮产生转数差的差速器齿轮等,这些都是在汽车行驶中起重要作用的部件,对这些部件要求的特性取决于部件所处的工作条件。

发动机转速达到高速时,变速器转速处于中高速状态,所以变速器的低-高周波疲劳强度十分重要。因此,要求变速器齿轮应具有良好的抗剥蚀性和弯曲疲劳强度。变速器转动轴应具有良好的扭转疲劳强度,差速器齿轮的转动速度是中低速,因此,要求差速器齿轮应具有良好的低周波弯曲疲劳强度和冲击强度。 此外,不论是变速器齿轮还是差速器齿轮,都要求降低咬合噪音,以实现良好的静音性,因此,两种齿轮的渗碳淬火变形要很小。从这个角度来看,汽车等用钢要高于板材。




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