在齿轮钢领域中,选材和成分设计必须考虑淬透性。淬透性一般用淬透性带宽表示,代表齿轮钢的技术、质量水平。影响齿轮钢淬透性的因素有:
1、碳质量分数
碳质量分数的大小会影响钢的临界冷却速度。对于亚共析钢,临界冷却速度随碳质量分数减少而增大;碳质量分数降低会使淬透性降低。对于过共析钢,增加碳质量分数,会降低临界冷却速度和淬透性。在碳钢中,共析钢淬透性最好,临界冷却速度最小。
2、合金元素
合金元素中,除钴以外,几乎所有合金元素溶于奥氏体后,均能够降低临界冷却速度,促使C曲线右移,使钢的淬透性提高,所以合金钢的淬透性往往比碳钢要好。文献中对不同合金元素对钢的临界速度的影响做了研究并进行了总结。
3、奥氏体化温度
提高奥氏体化温度,将使奥氏体晶粒长大、成分均匀,可减少珠光体的生核率,降低钢的临界冷却速度,增加其淬透性。奥氏体晶粒的尺寸对钢的淬透性也有较大的影响,晶粒尺寸越大,钢的淬透性越大。粗大的的奥氏体晶粒,使钢的奥氏体连续转变曲线右移,降低了钢的临界冷却速度,使淬透性增大。
4、钢中未溶的第二相
钢中若有氮化物、碳化物或其他非金属夹杂物未溶入奥氏体中,这些物质有可能奥氏体分解的非自发核心,增大使临界冷却速度,使淬透性降低。
钢的化学成分都允许在一个合理范围内波动,不同炉次或同一炉次不同试样的淬透性曲线会有所不同。即不同钢样在同一测量点的所得的硬度值通常是在一个范围内波动,形成一个淬透性带。在实际生产中要求淬透性带越窄越好,窄淬透性带的齿轮钢热处理后变形量小,齿轮修磨量小、咬合精度高,淬透性愈窄,离散度愈小,愈有利于齿轮的加工及提高其咬合精度。由影响淬透性的因素知,淬透性带宽的控制,主要决定于化学成分和化学成分的均匀性及晶粒度的控制。但由于晶粒大小影响到钢材的机械性能,通过增大奥氏体晶粒来提高钢的淬透性显然是不合实际的,而只要努力将它稳定在一个级别就行。所以淬透性带宽的控制关键决定于在于钢材化学成分波动范围和成分的均匀性,尤其是那些对淬透性影响大的元素,例如:C、Cr、Mn。
4)化学成分控制:
20CrMnTiH齿轮钢成分中,碳、锰、铬对淬透性影响较大,碳可使钢材获得足够的强度和硬度,且随着碳含量增加,可以提高钢材的淬透性;Mn在主要作用是固溶强化,强烈增加钢的淬透性,GB/T5216-2004标准指出齿轮钢通常可以采用不超过1.15%的锰含量来弥补碳含量过低造成的强度损失。近些年的研究证明,锰含量不超过2.0%时,钢的强度随着锰含量的增加而提高,且冲击韧性下降的趋势非常小,对脆性转变温度没有影响,这使在保证齿轮钢强度的基础上提高淬透性成为了可能。但锰含量较高时,会使钢晶粒有粗化的倾向;Cr能显著增加钢的淬透性,在保持一定强度水平情况下,可以使钢具有较好的塑性和韧性。因此化学成分的主要控制思路是压窄C含量的范围,Mn、Cr可按中上限控制,Si、Ti应按中限控制。控制化学成分冶金的主要工艺流程是:炉中熔化和成分粗调—炉外精练成分微调—真空脱气—连铸。实现微调的大体步骤是:计算机预报特定淬透性值的目标成分—准确称重钢包中的钢液重量—钢液成分的快速测定—计算机计算补加成分和收得率准确的合金料。
5)化学成分的均匀性控制:
控制成分均匀性的主要技术措施是控制钢液过热度、严格控制拉坯速度、制定合理的二冷制度、采用合适的电磁搅拌工艺和采用凝固末端动态轻压下技术。
——本文摘自论文文献综述