鍛件其他用材——細(xì)晶強(qiáng)化高強(qiáng)韌性齒輪鋼鍛件

  鍛件齒輪鋼疲勞強(qiáng)度與奧氏體晶粒尺 寸近似存在Hall-Petch關(guān)系，細(xì)化奧氏體晶?？商岣咂趶?qiáng)度。細(xì)化奧氏體晶粒度的方法包括低溫滲碳、滲碳后二次淬火以及添加Nb、Ti、V微合金化。20Cr MoH和經(jīng)過Ti、Nb復(fù)合微合金化的20CrMo H，經(jīng)歷930 ℃氣體滲碳7h，擴(kuò)散0.5h后，有效硬化層深度分別為1.0mm、1.2mm，滲層晶粒度分別為7.2級(jí)和10.5級(jí)，而旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強(qiáng)度分別為995MPa和1230MPa，Ti、Nb微合金細(xì)晶強(qiáng)化使得20CrMoH疲勞強(qiáng)度提高了23.6%。

  彈簧鋼的使用主要參照材料的彎曲疲勞極限、松弛穩(wěn)定性、腐蝕疲勞敏感性、延遲斷裂傾向等因素。此外，表面完整性、脫碳層深度、純凈度、晶粒度等因素對(duì)彎曲疲勞強(qiáng)度有顯著影響，需要據(jù)此對(duì)彈簧鋼進(jìn)行質(zhì)量分等。彈簧鋼的高強(qiáng)度化和高品質(zhì)化是提高彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力水平，實(shí)現(xiàn)輕量化的必要條件。目前，汽車懸架系統(tǒng)螺旋懸架彈簧的扭轉(zhuǎn)疲勞設(shè)計(jì)應(yīng)力水平最高達(dá)1200MPa~1300 MPa，使用狀態(tài)硬度達(dá)51HRC~53HRC；變截面鋼板彈簧的彎曲疲勞設(shè)計(jì)極限應(yīng)力水平也從之前的850MPa~950MPa向1000MPa~1 100MPa范圍提升，從而使彈簧質(zhì)量減輕25%以上。幾乎所有強(qiáng)度等級(jí)高于1650MPa的高性能彈簧鋼都經(jīng)過微合金化，乘用車螺旋彈簧常用的1650MPa級(jí)51CrV4牌號(hào)鋼需要添加0.2%以下的V來細(xì)化晶粒，提高回火穩(wěn)定性和降低脫碳傾向。如日本神戶鋼鐵的UHS1900、UHS2000，大同制鋼的ND120S和ND250S等鋼種，都進(jìn)行了V、Ti、Nb、Mo、B的微合金化，彌補(bǔ)了因碳含量降低至0.40%帶來的松弛穩(wěn)定性不足，以及解決了晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)強(qiáng)度導(dǎo)致的韌性下降等問題；尤其B的微合金化對(duì)彈簧鋼韌性和Ti微合金化對(duì)彈簧鋼的耐蝕性和延遲斷裂抗力的貢獻(xiàn) 。

  高強(qiáng)度冷鐓鋼鍛件的微合金化冷鐓鋼的微合金化改造出于兩個(gè)目的：①改善材料的冷鍛工藝性能，開發(fā)簡(jiǎn)化退火或免退火冷鐓鋼；②提高材料的延遲斷裂抗力，開發(fā)13.9級(jí)或更高強(qiáng)度等級(jí)螺栓用鋼。

  碳含量低于0.22%的碳素冷鐓鋼，如ML20、ML15等，在冷拔冷鐓前，不需要軟化退火或球化退火，已經(jīng)屬于免退火冷鐓鋼，然而這些低碳冷鐓鋼鍛件淬透性和回火穩(wěn)定性均較低，只能滿足6.8級(jí)以下緊固件的生產(chǎn)。普通高強(qiáng)度冷鐓鋼鍛件一般要經(jīng)歷“退火—酸洗（剝殼）—磷化—皂化—冷拔—冷鐓—調(diào)質(zhì)”等工序，退火工序的目的在于通過珠光體球化，降低材料硬度，提高材料塑性。但此工序同時(shí)也帶來較大的能量消耗和材料氧化脫碳損耗。高強(qiáng)度免退火冷鐓鋼得以開發(fā)應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。目 前有兩類高強(qiáng)度免退火冷鐓鋼。其化學(xué)：0.21%C-0.08%Si-0.85%Mn-0.1%Cr-0.0025%B，通過低碳、低硅獲得較低的珠光體含量和鐵素體硬度以提高塑性，添加微量B以提高材料淬透性，控制Mn、Cr含量保證回火穩(wěn)定性。此類鋼熱軋狀態(tài)的交貨狀態(tài)硬度低于85HRB，斷面收縮率達(dá)到55%，滿足冷拔和冷鐓工藝要求。該鋼種適用于8.8級(jí)螺栓，適當(dāng)增加C、Mn、Cr含量可以滿足9.8級(jí)和10.9級(jí)螺栓性能要求。另一類高強(qiáng)度免退火冷鐓鋼是以普通的ML35、ML40Cr為基礎(chǔ)鋼，降低Mn、Cr含量，增加微量B以彌補(bǔ)淬透性不足，增加微量Ti含量，高Al/N比，以細(xì)化晶粒，運(yùn)用控軋控冷（熱機(jī)械軋制）技術(shù)生產(chǎn)。