金属学及金属工艺论文_热加工工艺对冷镦用齿轮(2)

    8.6.4 温度分布及演变

    8.6.5 再结晶与晶粒尺寸演变

    8.6.6 试验验证

8.7 本章小结

9 齿轮钢FAS3420H球化退火组织与性能研究

9.1 实验方法

9.2 齿轮钢初始组织分析

9.3 等温球化退火工艺对齿轮钢组织与性能的影响

    9.3.1 企业现行工艺对球化级别的影响

    9.3.2 两相区保温时间对球化级别影响

    9.3.3 两相区加热温度对球化级别影响

9.4 球化阶段保温时间对球化级别影响

9.5 球化工艺对齿轮钢微观硬度的影响

9.6 亚温球化工艺对球化级别的影响

9.7 亚温球化退火机理分析

    9.7.1 渗碳体形核

    9.7.2 界面形核

    9.7.3 球状渗碳体的Ostwald熟化过程

9.8 本章小结

10 结论

参考文献

作者简历及在学研究成果

学位论文数据集

文章摘要:随着冶炼工艺的进步及合金化技术的发展,齿轮钢的综合性能不断提升。洁净度不再是制约齿轮寿命的关键因素,而合金化给齿轮钢带来了成分组织均匀化控制的难题,因合金元素偏析产生的带状组织会降低齿轮钢塑性,使其在冷镦过程中开裂;另外,齿轮钢横截面处不对称的“框型”偏析区会造成齿轮热处理变形不均匀,降低其加工和啮合精度,甚至在工作时因受力不均匀而发生齿根折断。汽车行业的高速发展对齿轮钢的需求量大大增加,齿轮的加工成本也受到越来越多的关注,要求齿轮钢具有一定的冷镦性与切削性。齿轮钢要具有好的冷镦性能,其必须具有良好的塑性,因此,研究合适的球化退火工艺来获得良好的粒状珠光体+铁素体组织非常必要;加硫可以改善钢的切削性能,但硫属于易偏析元素,硫化物经热轧后在钢中呈长条形且聚集分布,导致力学性能与切削性能较差。本文详细研究了合金元素和硫化物在扩散退火过程中的分布和改善,以及“框型”偏析区和硫化物在热轧过程中的演变过程;为了改善轧后带状组织缺陷并获得良好的粒状珠光体,进行了球化退火工艺组织分析及球化机理研究。通过对齿轮钢FAS3420H硫化物研究发现,连铸坯中主要是点链状沿晶界聚集分布的第Ⅱ类MnS,经过轧制后呈长条状沿轧制方向分布。Fe-MnS伪二元相图计算表明MnS的析出类型主要为偏晶反应和共晶反应。根据热力学计算结果可知,随着凝固的进行,Mn、S元素在液相中不断富集,达到溶度积后在奥氏体间以第Ⅱ类MnS析出,为共晶反应,其数量较多,尺寸较小;第Ⅲ类MnS以离异共晶反应析出,其分布较为均匀,数量较少,尺寸较大;第Ⅰ类硫化物主要分布在铸坯边部,在较快冷速下以偏晶反应析出。此外,钢中合金元素（除Al外）逐渐在液相中不断富集,凝固后会形成微观偏析。齿轮钢FAS3420H连铸坯内第Ⅱ类MnS在扩散退火过程中呈现先长大后碎化的现象,与Mn和S在枝晶内的均匀化密不可分。由于扩散速度的差异,在1250℃保温3h时S先在整个枝晶内均匀,这个过程中S将与枝晶间偏析的Mn结合在MnS表面析出而使得MnS长大,随后Mn在整个枝晶内也逐渐均匀,将与S在某些高能点如晶界、亚晶界或位错等缺陷处结合生成新的MnS,而长大后呈短棒状或长条状MnS在长时间扩散退火过程中不稳定而发生熔断和球化,最终能够获得尺寸小、数量多且分布得到改善的MnS。随着扩散退火时间的延长至5h,枝晶内Mn、Cr元素的偏析得到改善。在热压缩变形过程中,齿轮钢FAS3420H连铸坯中MnS的伸长与碎化交替往复进行。在1200℃时进行轧制能够得到尺寸相对较小、数量较多的MnS,同时其相对塑性也较低,这主要是因为基体在高温时发生了充分的动态再结晶,基体的变形及晶界的移动会促使长条状MnS断裂,此时MnS以碎化为主,最终MnS尺寸变小,数量变多,分布能够有所改善,同时由于高温Mn和S的扩散速率较高,促进了 MnS的熔断和球化。齿轮钢FAS3420H温度-应力-组织三维耦合数值模拟结果表明,轧制工艺参数明显影响了轧后圆钢心部“框型”偏析区的形状。水平与竖直两个方向金属流动程度不同是连铸坯中方形“框型”偏析区变为矩形的原因,第五道次轧辊间距经优化后,圆钢横截面等效应变分布均匀,最终在轧后圆钢中获得了方形的“框型”宏观偏析。该模型通过轧制后圆钢中宏观低倍组织和晶粒尺寸统计得到验证。亚温球化阶段温度和时间对齿轮钢FAS3420H获得粒状珠光体组织具有决定性作用。采用正火+亚温球化退火工艺,首先经过850℃保温30min的正火处理后组织得到细化,铁素体基体上均匀分布着细小的珠光体片,减小了碳元素所需要的扩散路径,随后在亚温段705℃保温16h,齿轮钢基体为粒状珠光体+铁素体组织,球化级别为6级。片状渗碳体球化模型表明,渗碳体存在的位错和亚晶界等缺陷使得渗碳体表面出现沟槽,沟槽附近平面处无形核势垒,亚温退火过程中会在此处析出碳化物,碳元素的微区平衡被打破,促使沟槽内的碳往附近平面处扩散,导致沟槽内渗碳体溶解,最终渗碳体片熔断。

文章来源：《热加工工艺》 网址: http://www.rjggyzz.cn/qikandaodu/2022/0317/709.html