17CrNiMo6钢渗碳齿轮的盐浴分级淬火与油淬工艺

选用硝盐、快速淬火油作为淬火介质,分别对17CrNiMo6渗碳齿轮的三齿齿形试样进行了淬火+回火处理,分析了淬火介质冷却能力、模数、齿根下截面厚度对齿轮心部硬度、心部组织及对应含碳量的影响。结果表明,采用冷却能力较强的硝盐介质淬火时齿轮可以获得较高的心部硬度,心部板条马氏体形态尺寸更细,对应含碳量较低;在同种介质下淬火,随着齿轮模数、齿根下截面厚度的增大,心部硬度下降,模数较大的齿轮对应含碳量低,齿根下截面厚度较薄的齿轮心部板条马氏体更为明显。     

新型高合金齿轮渗碳钢17CrNiMo6的热处理

研究高合金齿轮钢17CrNiMo6的热处理工艺特性,对17CrNiMo6钢在不同的渗碳工艺和不同的淬火条件进行处理,对渗碳层的显微组织、渗层淬透性、有效硬化层深度及畸变趋势进行探讨.结果表明,17CrNiMo6钢渗碳件表面含碳量控制在0.7wt%~0.9wt%为宜,若考虑渗层的淬透性,则含碳量控制在0.76wt%左右;采用热油并搅拌的淬火均匀性最佳.     

渗碳齿轮齿根部的硬化层深度分析

渗碳齿轮的硬化层深度通常按现有标准检测齿轮节圆部位[1-2],对齿根处的硬化层深度没有提出要求.但在实际使用中,齿根承受的交变应力最大,齿根的硬化层深度对齿轮的弯曲疲劳寿命影响最大,目前对齿轮齿根渗碳层研究的数据不多[3].在一些国外提供的加工图纸中,要求渗碳齿轮节圆、齿根部的硬化层深度都要达到图纸技术要求规定的硬化层深度范围.作者对4820H钢材料的齿轮进行了试验,检测了试样渗碳淬火、回火后齿轮齿顶、节圆和齿根处硬化层深度的差异情况,以确定齿根部和节圆处的硬化层深度是否能达到图纸技术要求规定的范围.     

17Cr2Ni2MoVNb和20Cr2Ni4A钢齿轮渗碳质量与弯曲疲劳寿命的试验研究

通过金相检测和显微硬度测试等手段,对17Cr2Ni2MoVNb钢齿轮和20Cr2Ni4A钢齿轮的渗层、心部组织、晶粒度及渗层深度等渗碳处理质量进行分析,并采用PLG-300C拉压疲劳试验机对上述两种材料齿轮进行弯曲疲劳寿命测试。结果表明,齿轮加载齿根处有效渗层深度和显微硬度是齿轮弯曲疲劳寿命的主要影响因素,相同载荷条件下加载齿根处有效渗层深度减小,轮齿弯曲疲劳寿命明显缩短;加载齿根显微硬度增大,轮齿弯曲疲劳寿命提高。渗层表面出现浅层脱碳层时(齿根脱碳层≤0.2 mm),虽然会降低轮齿的弯曲疲劳寿命,但相比加载齿根处的渗层深度和表面硬度,脱碳层的影响并不明显。     

渗碳淬火工艺对17CrNiMo6钢渗层组织的影响

在不同的条件下,即不同的渗碳时间、不同的预备热处理工艺和不同的二次淬火温度,对17CrNiMo6钢试样进行了渗碳、淬火和低温回火。随后检查试样的显微组织,包括渗层的碳化物、马氏体、残留奥氏体和内氧化的级别,基体组织及表面硬度,以研究渗碳和淬火工艺对17CrNiMo6钢渗碳层组织和性能的影响。结果显示,经调质处理、820℃二次淬火的17CrNiMo6钢试样渗层的碳化物、马氏体、残留奥氏体和内氧化的级别均最佳,经780℃二次淬火的试样的表面硬度最高。     

渗碳淬硬层残余应力的分布特征

以17Cr2N i2Mo钢齿轮和20CrMnMo钢代表性试样为对象,测试了深层渗碳淬硬层的残余应力。对多种渗碳淬硬层残余应力的分布特征和对疲劳性能影响进行了比较研究。通过硬化层残余应力测试,掌握硬化层残余应力分布特征,可为较合理地确定重载大模数齿轮的有效硬化层深度提供技术支撑。     

20CrMnMo钢不同渗碳淬硬层深度的组织与应力分布

以三种渗碳淬硬层深度不同的20CrMnMo齿轮钢试样为研究对象,对其显微组织和硬度梯度进行检测,采用电化学剥层技术,借助X-350A型X射线应力仪,测量各试样深层渗碳淬硬层的残余应力及其分布,将硬度梯度与残余应力的分布进行对照,认为20CrMnMo钢渗碳淬硬层硬度小于400 HV1,均为残余压应力,之后才转换为残余拉应力,这一结果为确保齿面具有可靠的抗接触疲劳性能,合理地确定重载大模数齿轮有效硬化层深度提供技术支撑。     

17CrNiMo6钢斜齿轮热处理仿真分析中的位移边界条件

基于17CrNiMo6钢热处理过程传热、组织场转变和热弹塑性数学模型,建立了斜齿轮零件热处理有限元模型。对17CrNiMo6钢斜齿轮的热处理过程进行了模拟,并分析了固定约束、对称约束、摩擦约束3种位移边界条件对热处理仿真畸变的影响。结果表明:17CrNiMo6钢斜齿轮淬火后齿轮表面受压应力,而心部受拉应力,齿根处压应力大于齿顶处。与目前普遍采用的固定约束或对称约束边界条件相比,采用摩擦约束的仿真结果更加符合实际情况。     

真空渗碳均匀性测试

测定了30CrMnTi钢试样在卧式双室真空渗碳炉渗碳并炉冷或淬火后的渗碳层深度、有效硬化层深度和表面硬度的均匀性。结果表明,按目标渗层深度1.0 mm真空渗碳和炉冷的试样,用金相法测定的渗层深度偏差≤0.10 mm。按目标渗层深度1～2 mm真空渗碳和淬火的试样的有效硬化层深度偏差≤0.10 mm。同炉次渗碳、淬火试样的表面硬度偏差≤1.5 HRC,不同炉次渗碳、淬火试样的表面硬度偏差≤2.5 HRC。     

重载大模数齿轮深层渗碳工艺精益化探讨

分析了传统重载齿轮深层渗碳深度的确定方法,列出了近年部分重载齿轮对渗碳层深度要求的变化。选用不同直径的代表性试样和齿形试样,进行了碳势梯度、显微硬度以及渗碳淬硬层应力测定,探索深层渗碳工艺精益化。适当降低渗碳层深度,在确保齿轮承载能力的前提下,使深层渗碳过程成为节能减排、清洁高效的加工技术。     

17CrNiMo6钢渗碳淬火畸变特性及其控制的研究

采用正交试验方法,研究了预处理、渗碳温度、碳势、淬火温度及预热等材料和热处理工艺因素对17CrNiMo6钢热处理畸变的影响.针对17CrNiMo6钢渗碳淬火的畸变特性,可通过优化的工艺参数较好地控制17CrNiMo6钢的畸变.     

18CrNiMo7-6钢齿轮热处理后开裂失效分析

一批在生产加工后进行了淬火和低温回火的齿轮在库房存放过程中发生开裂。通过超声波探伤、金相检验、化学成分分析、硬度测试、断口形貌观察、端淬试验和补充热处理等手段,对齿轮开裂原因进行了分析。结果表明,开裂齿轮强度高导致氢脆敏感性高,在次表面产生氢致延迟裂纹是引起齿轮快速脆性开裂的直接原因。开裂齿轮淬硬性和淬透性过高,超出了BS EN 10084-2008对18CrNiMo7-6+HH钢淬透性要求,是齿轮开裂的根本原因;通过调整淬火介质,降低淬火时高温区冷速,从而降低淬回火后齿轮的强度和硬度,可有效避免开裂。     

17CrNiMo6圆钢表面裂纹成因分析与对策

针对减速机用17CrNiMo6齿轮圆钢轧材产品表面裂纹现象,和Gleeble3800热模拟试验机、金相显微镜等试验检测设备,分析了17CrNiMo6齿轮钢的高温塑性和膨胀曲线,得出了17CrNiMo6齿轮钢高温脆性区域及相变转化温度。并对17CrNiMo6齿轮圆钢轧材产品表面裂纹控制工业进行了试验。结果表明,通过降低过热度和适当提高拉速,采用缓冷工艺以提高连铸坯矫直温度,保证缓冷效果下降低升温速率等措施,有效避免了圆钢表面应力裂纹的产生。     

18CrNiMo7-6齿轮钢真空渗碳工艺研究

在轨道交通重载机车主动齿轮生产工艺中引入真空渗碳油淬工艺。研究主动齿轮18CrNiMo7-6材料的真空渗碳工艺,并与该齿轮常用的传统可控气氛渗碳工艺进行对比,对热处理后试样的碳浓度、硬度、有效硬化层深度、金相组织等进行检测分析。结果表明:该主动齿轮真空渗碳比传统可控气氛渗碳节约18%的工艺时间,且真空渗碳后的组织无内氧化、非马氏体等不良组织,马氏体、碳化物等组织级别均符合该机车主动齿轮技术条件。     

18CrNiMo7-6钢的可控气氛高温渗碳工艺

基于机车用重载齿轮的热处理工艺要求,对18CrNiMo7-6钢进行920~1050 ℃的伪渗碳工艺处理,横向对比研究了试验钢经常规渗碳以及不同温度高温渗碳处理后的组织及力学性能;结合Aichelin计算机辅助模拟设计软件工艺模拟结果,制定高温渗碳工艺流程,对18CrNiMo7-6钢制齿轮进行高温渗碳处理,并与常规渗碳齿轮进行了组织及性能的对比研究。结果表明,与热处理前相比,经不同温度和时间的伪渗碳处理后,18CrNiMo7-6钢的综合力学性能均有所下降,但通过控制渗碳后的冷却过程,可以显著提高其最终热处理后综合力学性能;增加渗碳温度和碳势,可以大幅提高渗碳效率;对18CrNiMo7-6钢制齿轮进行最高温度1050 ℃高温渗碳,渗碳效率提高约65%,经高温渗碳后,齿轮组织、综合力学性能以及单齿弯曲疲劳强度相比于常规渗碳齿轮均未降低。     

18CrNiMo7-6钢齿轮组织性能异常分析

某18CrNiMo7-6钢生产的齿轮因为组织性能异常,在铣齿过程中齿根位置出现难加工的问题。采用光学显微镜、场发射扫描电镜以及EPMA电子探针分析18CrNiMo7-6钢齿轮组织性能异常的原因。结果表明,该齿轮出现难加工的原因是齿根位置出现大量贝氏体导致硬度过高。EPMA电子探针验证了齿根位置贝氏体的出现与元素偏析有关。JMatPro计算结果表明,C与合金元素含量增加使贝氏体转变的温度范围扩大,贝氏体转变的临界速率降低,使钢能够在较低的冷却速率下产生贝氏体组织,合金元素中Cr、Mn对贝氏体转变的影响效果最为显著。当C与合金元素Mn、Cr的含量增加50%左右时,贝氏体转变的临界冷速由0.1 ℃/s 降低为0.02 ℃/s,0.1 ℃/s冷速下贝氏体转变温度范围扩大到49 ℃。     

18CrNiMo7-6钢渗碳淬火齿轮不同喷丸处理后的齿根表层应力分布

对模数20 mm的18CrNiMo7-6钢渗碳淬火齿轮经不同喷丸处理后的齿根表层应力分布进行测试,并与未喷丸时进行了对比。结果表明,在喷丸前后18CrNiMo7-6钢渗碳淬火齿轮齿根最表层均为压应力状态,从表至里均呈先升高后降低的变化趋势。未喷丸时最表层残余应力约为-75 MPa,最大残余应力出现在次表层110~120 μm处,约为-250 MPa;喷丸处理可使齿根表层残余压应力提高4~5倍,最表层残余应力在-350 MPa左右,最大残余应力出现在次表层90～110 μm处,为-900~-1000 MPa。     

17CrNiMo6齿轮钢的组织均匀化

以17CrNiMo6齿轮钢为研究对象,通过对其锻态试样进行不同温度和不同时间的退火处理,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)组织分析手段和Origin数据处理软件,对其带状组织形成原因以及均匀化行为进行了研究与定量分析。结果表明,C、Cr、Ni、Mn和Mo元素在珠光体+贝氏体区域的富集是17CrNiMo6齿轮钢带状组织产生的根本原因,当加热温度为1100 ℃、保温时间为11 h和加热温度为1250 ℃、保温时间为2 h以上时,带状组织已消除,但合金元素不均匀程度仍较高。当加热温度为1250 ℃、保温时间为4 h时,C、Cr、Mn、Ni、P、S、Mo的偏析系数K分别为1.02、0.98、1.02、1.02、1.01、0.98、0.98,元素分布也达到均匀。     

渗碳齿轮钢18CrNiMo7-6的疲劳性能及其影响因素

以18CrNiMo7-6齿轮钢为研究用基础钢,在传统真空脱气冶炼方式基础上,采用Nb微合金化和电渣重熔冶炼相结合获得一种对比试验钢,通过旋转弯曲疲劳试验表征了两种试验钢的疲劳性能,并利用显微组织、硬度分布、疲劳断口表征以及夹杂物分析等手段,探究了两种试验齿轮钢疲劳性能的影响因素。结果表明,采用电渣重熔方法冶炼并Nb微合金化的试验钢的疲劳极限较基础钢提高90 MPa,且相同载荷下寿命显著提高,渗碳层晶粒度由基础钢的7.5级细化至9级,而残留奥氏体含量的增加导致其表面硬度降低。通过Aspex夹杂物表征发现试验钢中夹杂物数量较基础钢大幅度降低,且硬质氧化物夹杂较少,与断口表征结果相一致。综合分析可知,晶粒细化和非金属夹杂物水平下降是提升试验钢疲劳性能的主要因素。