微合金化齒輪鋼組織性能研究.pdf

1、20Cr2Ni4是一種常見(jiàn)的重載齒輪鋼，雖然目前在工業(yè)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，但是還存在生產(chǎn)加工性能較差和使用壽命較短等問(wèn)題，不能滿足我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型對(duì)重載齒輪鋼的質(zhì)量要求。本文在20Cr2Ni4鋼的化學(xué)成分基礎(chǔ)上，用元素V和Nb對(duì)20Cr2Ni4鋼微合金化，制備了包括母合金(20Cr2Ni4)在內(nèi)的四種試驗(yàn)鋼，研究了微合金化對(duì)齒輪鋼晶粒長(zhǎng)大規(guī)律的影響。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)鋼的整體強(qiáng)化后的組織與力學(xué)性能、淬透性和滲碳處理后的性能，研究了微合金元素

2、對(duì)齒輪鋼的強(qiáng)化作用。
　　對(duì)試驗(yàn)鋼顯微組織的觀察研究表明，由于V和Nb的微合金化，試驗(yàn)鋼G1、G2、G3的顯微組織中出現(xiàn)了它們的碳化物和氮化物。在奧氏體化的加熱過(guò)程中，這些化合物并未完全溶解，它們阻礙奧氏體晶界遷移，細(xì)化了奧氏體晶粒。在加熱溫度為880℃～960℃，保溫時(shí)間為10小時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件下，試驗(yàn)鋼G1、G2、G3顯微組織中的奧氏體晶粒度隨溫度的升高變化不大，而未添加微合金元素的試驗(yàn)鋼G4中奧氏體晶粒明顯長(zhǎng)大。同一溫度下，G1

3、、G2、G3鋼的奧氏體晶粒度等級(jí)比G4鋼高3～5級(jí)。其中添加了復(fù)合微合金元素Nb和V的G2鋼晶粒度等級(jí)最高，晶粒尺寸最小。
　　試驗(yàn)鋼經(jīng)900℃淬火和180℃回火2小時(shí)后的綜合力學(xué)性能最好。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)微合金化的G1、G2、G3鋼的抗拉強(qiáng)度明顯高于G4鋼，其中G2鋼的強(qiáng)度最高，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別達(dá)到1567MPa和1325MPa。四種試驗(yàn)鋼低溫回火后的延伸率差別不大，均在10％左右。微合金化處理也提高了鋼的沖擊韌性和硬度。總體

4、上說(shuō)，V和Nb復(fù)合微合金化對(duì)提高合金綜合力學(xué)性能的效果更顯著。
　　淬透性測(cè)試結(jié)果顯示，添加微量V的G1鋼與母合金G4鋼的淬透性相當(dāng)，而添加了Nb的G2鋼與G3鋼的淬透性相當(dāng)。作為微合金化元素，Nb對(duì)提高鋼淬透性的作用比V更顯著。滲碳處理后，四種試驗(yàn)鋼表層碳濃度在0.7％～0.9％之間。添加微量V或Nb的試驗(yàn)鋼表層碳濃度和滲碳后表面硬度均高于母合金。此外，微合金化也提高了試驗(yàn)鋼的有效滲碳層厚度。
　　四種試驗(yàn)鋼的滲碳淬火組織