摘 要:開發(fā)了３８MnVS非調(diào)質(zhì)鋼汽車半軸,研究了熱鍛后冷卻速率對３８MnVS非調(diào)質(zhì)鋼半軸顯微組織、力學(xué)性能的影響,并與４２CrMo調(diào)質(zhì)鋼半軸進(jìn)行了對比,討論了半軸疲勞壽命的主要影響因素.結(jié)果表明:通過熱鍛后風(fēng)冷可減?。常窶nVS非調(diào)質(zhì)鋼中鐵素體尺寸和珠光體片層間距, 沖擊韌性由空冷后的 １６．８４J提高到風(fēng)冷后的 ４３．７４J;３８MnVS 非調(diào)質(zhì)鋼具有良好的淬透性; ３８MnVS非調(diào)質(zhì)鋼半軸的疲勞壽命可達(dá)到４２CrMo調(diào)質(zhì)鋼半軸的水平,并且通過減小花鍵模數(shù)、增 大花鍵齒根過渡圓角半徑以及適當(dāng)?shù)卦黾佑不瘜由疃瓤蓪ⅲ常窶nVS非調(diào)質(zhì)鋼半軸的疲勞壽命提 高到３０萬次以上,可以代替４２CrMo調(diào)質(zhì)鋼半軸.
關(guān)鍵詞:半軸;非調(diào)質(zhì)鋼;淬透性;疲勞壽命;顯微組織
中圖分類號:U４６５．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:１０００Ｇ３７３８(２０１７)１１Ｇ００５３Ｇ０６
０ 引 言
非調(diào)質(zhì)鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上添加微量的釩、鈦、 鈮等合金元素,通過控鍛控冷技術(shù)使碳氮化物彌散 析出而產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化的一種鋼[１Ｇ２].由 于簡化了生產(chǎn)工藝,該鋼具有節(jié)能、環(huán)保、成本低等 優(yōu)點(diǎn),并且加工出的零件具有精度高、尺寸效應(yīng)小等 特點(diǎn),同時(shí)可以避免長軸類零件的淬火變形、開裂等 問題,有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量.因此,國內(nèi)外汽車行 業(yè)的研究者正致力于把非調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)用于汽車鍛件 中[３Ｇ４].半軸作為一種長軸類零件,是汽車的重要部 件,起到傳遞扭矩的作用,需要具有較高的強(qiáng)韌性和 良好的疲勞性能.傳統(tǒng)汽車半軸材料通常采用中碳 鋼或中碳合金鋼,并通過調(diào)質(zhì)處理來保證其性能[５Ｇ６].非調(diào)質(zhì)鋼汽車半軸的開發(fā)難度較大,特別是有關(guān)乘用 車非調(diào)質(zhì)鋼半軸的研制并不多見,這是由于半軸花鍵 及過渡區(qū)的鍛造比較小,容易產(chǎn)生晶粒粗大的現(xiàn)象, 從而能造成該處的強(qiáng)韌性降低,因此有必要對非調(diào)質(zhì) 鋼汽車半軸的生產(chǎn)工藝及性能進(jìn)行研究.
為此,作者開發(fā)一種３８MnVS非調(diào)質(zhì)鋼全浮式 汽 車 半 軸 來 代 替 原 ４２CrMo 調(diào) 質(zhì) 鋼 半 軸,對 ３８MnVS非調(diào)質(zhì)鋼半軸的顯微組織和力學(xué)性能進(jìn) 行了研究,并與４２CrMo調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行了對比,同時(shí)討 論了影響汽車半軸疲勞壽命的因素.
１ 試樣制備與試驗(yàn)方法
１．１ 試樣制備
試驗(yàn)用原材料為某鋼廠生 產(chǎn) 的 ４２CrMo商 業(yè) 用鋼和南鋼生產(chǎn)的?３２．５ mm 的３８MnVS非調(diào)質(zhì) 鋼,其化學(xué)成分見表１.３８MnVS非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn) 流程為:高爐 冶 煉 → 鐵 液 預(yù) 處 理 → 電 爐 冶 煉 → 二 次精煉→連鑄(鑄坯規(guī)格３２０mm×４８０mm)→開 坯(規(guī)格為１５０ mm×１５０ mm)→軋鋼(控 軋 鋼 棒 ?３２．５mm )→成品(控冷).
試制半軸的形狀及尺寸如圖１所示,主要包括 法蘭盤、桿部、花鍵３個部分,其中法蘭盤和花鍵經(jīng) 熱鍛成型.非調(diào)質(zhì)鋼半軸的生產(chǎn)工藝流程為:下料 →熱鍛＋控冷(風(fēng)冷、空冷)→機(jī)械加工→中頻感應(yīng) 淬火＋回火→成品.熱鍛的加熱溫度為１２００ ℃, 終鍛溫度約１０７０ ℃,采用 ThermoＧCalc熱力學(xué)軟 件 TCFE３數(shù)據(jù)庫測得試驗(yàn)鋼中釩的完全固溶溫度 為１１１６ ℃,因此所設(shè)加熱溫度可以保證釩的固溶 量以及析出強(qiáng)化效果,同時(shí)控制高溫段的停留時(shí)間, 以防組織粗化和力學(xué)性能下降.鍛后冷卻分為單件 風(fēng)冷(冷卻速率２．４~３ ℃·s－１)至６００ ℃后空冷和 單件空冷(冷卻速率１．６~１．８ ℃·s－１)兩種工藝,比 較不同 冷 卻 速 率 對 其 組 織 和 性 能 的 影 響. 采 用 BHVＧ１０００．１×２．２ＧZ．SG 型立式中頻感應(yīng)淬火機(jī)床 進(jìn)行連續(xù)感應(yīng)加熱淬火,機(jī)床功率為９０~１０２kW, 電流頻率為８．８~９．６kHz,淬火加熱溫度為９００℃, 感應(yīng)線圈的移動速度為３００~４６０mm·min－１,冷卻 液為１０~４０℃的體積分?jǐn)?shù)１０％AQ２５１淬火液,通過 調(diào)節(jié)感應(yīng)淬火的參數(shù)來控制硬化層深度.感應(yīng)淬火 后在４h內(nèi)進(jìn)行２００℃×２h回火.
