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。     

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钢的热处理工艺研究

本文对18CrNiMo7-6渗碳钢进行了不同热处理工艺试验,预备热处理采用调质、正回火工艺,渗碳后采用一次淬火、二次淬火工艺进行对比。采用金相法检验预备热处理后的金相组织、渗碳后的心部组织,和碳化物级别、马氏体、残余奥氏体、内氧化的评级等;同时对预备热处理后材料的力学性能进行了检验。结果表明:采用调质预备热处理、渗碳后二次淬火工艺的18CrNiMo7-6渗碳钢的渗碳层性能指标最好,适用于高参数齿轮渗碳淬火。     

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。     

18CrNiMo7-6钢重载内齿轮渗碳淬火工艺

某减速器重载内齿轮要求进行渗碳淬火处理,因内齿轮结构属于大型薄壁零件,采用常规渗碳淬火方法进行处理后齿部畸变较大,磨齿后公法线尺寸不满足技术要求,造成工件报废。通过渗碳前增加去应力退火工序、增加渗碳时预热工艺、降低渗碳温度及降低冷却强度等方式,解决了重载内齿轮渗碳后齿部畸变超差问题,为薄壁重载内齿轮渗碳淬火提供了质量保证。     

18CrNiMo7-6齿轮钢一次带状组织特征

风力发电用齿轮钢18CrNiMo7-6经过电弧炉初炼、LF炉和VD炉精炼后浇入到钢锭模中,随后采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)对试验用钢中的一次带状组织的特征进行了观察和分析。结果表明:18CrNiMo7-6齿轮钢铸态组织中存在着严重的一次带状组织,该带状组织宽大,平均宽度达225μm,长度达800μm。其中,珠光体带约占58. 6%。根据GB/T 13299—1991评定带状组织的等级为3～4级,根据美国ASTME1268-2001评定带状组织级别为3. 897。EDS线扫描与面扫描发现C、Cr元素在枝晶间偏析严重,是导致一次带状组织形成的主要原因。     

高铁齿轮用钢18CrNiMo7-6的端淬曲线与模拟计算

采用3种端淬曲线预测模型计算两炉次高铁齿轮用钢18CrNiMo7-6的端淬曲线,对比端淬硬度检测结果,分析了不同模型的预测误差。结果表明,金满模型的预测结果与端淬试验检测结果误差较小,可以用做这类钢的端淬结果预测。根据端淬曲线预测与实测结果的对比分析,结合相关高铁齿轮用钢技术条件的硬度规范对高铁齿轮用钢18CrNiMo7-6的冶炼成分控制给出了建议。     

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。     

高速外圆磨削18 CrNiMo7-6齿轮钢工艺参数优化

以18 CrNiMo7-6齿轮钢为试验材料,采用正交试验法,研究高速外圆磨削加工中砂轮线速度、工件转速、砂轮径向进给速度和砂轮粒度等工艺参数对工件三维表面粗糙度幅度参数Sa、Sku和Ssk等工艺指标的影响.运用灰色关联分析方法对试验结果进行分析研究,将多项工艺指标的优化问题转化为单一目标灰关联度优化,以正交试验极差分析...     

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。     

高速／重载铁路电力机车齿轮用钢18CrNiMo7-6的试制

试制了高速重载铁路电力机车转向架齿轮用钢18CrNiMo7-6,最终产品的各项技术指标均达到了技术条件的要求,满足了国产化的需要。     

18CrNiMo7-6齿轮钢的热变形行为及组织演变规律

利用Gleeble-3500热模拟试验机对18CrNiMo7-6齿轮钢进行了等温单道次压缩试验,研究了变形温度为900～1150℃,应变速率为0.01～5 s^-1,应变为0.76的条件下材料的热变形行为;并且通过光学显微镜对热变形后的微观组织进行了分析。建立了唯象型Arrhenius本构方程,预测的峰值应力与试验数据具有很好的一致性。高温热变形过程是加工硬化与动态回复以及动态再结晶的竞争过程,在热变形的过程中会形成变形晶粒、再结晶晶粒、等轴晶和晶粒长大等4种类型的微观组织。当应变速率为0.01 s^-1时,动态再结晶程度与变形温度成正比,当变形温度超过1050℃时,变形能转变成晶粒长大的驱动能,使得晶粒粗大;当应变温度一定(1050℃)时,随着应变速率的增大,动态再结晶发生不完全,导致晶粒组织出现细化、畸变、不完全再结晶共存的现象。变形程度越大,晶粒越细小。     

微合金化渗碳齿轮钢18CrNiMo7-6的热塑性及本构方程

通过Gleeble-2000D热/力模拟试验机对Nb微合金化齿轮钢18CrNiMo7-6进行了热压缩试验,研究了试验钢在变形温度为900～1100℃、应变速率为0.01、0.1、1和10 s^-1下的热塑性,计算了热变形激活能,并构建了峰值应力的本构方程。结果表明,试验钢的应力-应变曲线具有典型的动态再结晶特征,动态再结晶为主要的软化机制;在相同应变速率下,变形温度越高,热塑性越好,动态再结晶是一个热激活过程;通过Thermo-calc热力学软件计算得到,试验钢中主要存在的碳化物为M₂₃C₆和NbC,其中NbC的全固溶温度达到1180℃,Nb主要以NbC析出相为主,NbC在不同变形温度下的析出含量分别为0.0343%、0.0322%、0.0289%、0.0236%及0.0156%;采用Arrhenius双曲正弦函数建立了试验钢的峰值应力本构方程,确定了热变形激活能为Q=344.55 kJ/mol,模型预测出的峰值应力与实测峰值应力平均误差1.5%。     

18CrNiMo7-6钢研抛工艺试验研究

探究研抛工艺参数对工件材料去除率和表面粗糙度的影响。以砂纸和金刚石喷雾抛光剂为研抛介质,通过正交试验研究砂纸细度、研抛压力、研抛速度、研抛时间对18CrNiMo7-6工件材料去除率和表面粗糙度的影响。采用三维形貌仪、千分尺、电子天平和超景深显微镜对18CrNiMo7-6工件的表面粗糙度、厚度、质量和表面形貌进行测量分析,以材料去除率和表面粗糙度为评价指标,得到最佳的研抛工艺参数组合。在最佳工艺参数组合下,砂纸研磨工件的材料去除率为0.86μm/min,表面粗糙度为Ra0.048μm,金刚石抛光剂抛光后工件表面粗糙度为Ra0.024μm。砂纸研磨最佳工艺参数为:砂纸细度800#,研磨压力0.2MPa,研磨速度30rpm,研磨时间30min。抛光最佳工艺参数为:抛光压力0.2MPa,抛光速度30rpm,抛光时间15min。     

频率及应力比对18CrNiMo7-6合金钢疲劳性能的影响

通过旋转弯曲疲劳试验和轴向疲劳试验方法得到了不同试验条件下的S-N曲线,研究了不加载频率及应力比对18CrNiMo7-6合金钢疲劳性能的影响.使用扫描电镜观察了试样的断裂表面.结果表明:常规加载频率下存在频率效应,并且随加载频率的增加,材料的疲劳强度呈增加趋势,并且屈服强度随应变速率的增大逐渐增大,发现不同加载频率下的...     

研磨工艺对18CrNiMo7-6钢表面粗糙度和残余应力的影响

目的 探究研磨工艺参数对18CrNiMo7-6钢渗碳前后工件表面粗糙度和残余应力的影响规律,从而为降低研磨加工工件表面粗糙度,提高表面质量提供依据。方法 分别采用三维表面轮廓仪和X射线残余应力分析仪对工件研磨前后的表面粗糙度和残余应力进行检测,通过单因素试验研究研磨垫粒度、研磨压力、研磨速度及研磨时间等研磨工艺参数对工件表面粗糙度和残余应力的影响规律。结果 随着研磨垫粒度从400#到3000#,渗碳前后工件表面粗糙度值均减小,Ra可达15~17 nm。渗碳前后工件表面残余应力值均增大,渗碳前表面表现为残余压应力,渗碳后表面可由较大的残余压应力升至残余拉应力。当研磨垫粒度为400#时,渗碳前后工件残余应力分别为–506.54 MPa和–587.29 MPa。研磨垫粒度为800#时,随着研磨压力、研磨速度及研磨时间的增大,渗碳前后工件表面粗糙度值均减小,且表面残余压应力值增大。结论 相同研磨条件下,渗碳后工件的表面粗糙度普遍小于基体件,而渗碳件的表面残余应力普遍大于基体件。18CrNiMo7-6钢渗碳后,硬度、耐磨性得到极大提高,其研磨过程中塑性变形程度减弱是导致上述现象的重要原因。     

18CrNiMo7-6齿轮钢表面激光熔覆及其胶合承载性能研究

目的 基于激光熔覆技术提高18CrNiMo7-6齿轮钢的胶合承载性能。方法 以不同比例的ZrO2、MoS2和Ni基合金粉末为熔覆材料,采用同轴送粉激光熔覆技术在18CrNiMo7-6齿轮材料表面制备2种激光熔覆合金层,分析熔覆层的微观组织与显微硬度,并利用MJP-30A滚动接触摩擦磨损试验机对激光熔覆试样和渗碳试样进行胶合承载性能模拟试验。结果 NiCr20-3%ZrO2(质量分数,下同)熔覆层主要由枝晶组织和胞晶组织组成,其表面硬度约为620HV0.5;NiCr20-3%ZrO2-1%MoS2熔覆层相组成物有胞状晶、树枝晶和黑色的花形状颗粒,其表面硬度约为486HV0.5;NiCr20-3%ZrO2和NiCr20-3%ZrO2-1%MoS2 2种熔覆试样的临界失效载荷较渗碳试样的分别提高了8.41%和44.86%;其中,渗碳试样为典型的热胶合损伤,临界闪温为207 ℃;NiCr20-3%ZrO2熔覆试样未达到胶合临界闪温条件,其失效机制为熔覆层材料的疲劳剥落;NiCr20- 3%ZrO2-1%MoS2熔覆试样在达到胶合临界闪温后,其表面的自润滑效果抑制了胶合的快速发展,当持续增大载荷至临界失效载荷后,随着表面疲劳裂纹的萌生与扩展最终形成局部材料脱落进而失效。 结论 与齿面渗碳强化相比,齿面NiCr20-3%ZrO2-1%MoS2激光熔覆强化更能有效提高胶合承载性能。     

18CrNiMo7-6钢制齿轮渗碳后等温淬火组织及性能

利用JMatPro软件对渗碳后的18CrNiMo7-6钢制齿轮表面Ms点进行模拟计算,基于模拟结果对齿轮进行了180℃等温盐浴淬火处理,研究了等温盐浴淬火处理齿轮的组织和性能,并和普通油浴淬火处理进行了横向对比。结果表明:渗碳齿轮经180℃等温淬火处理,表层获得下贝氏体,少量马氏体以及残留奥氏体的复相组织,并由表及里逐渐过渡至心部的马氏体组织;相比于普通油浴淬火,盐浴淬火所形成的心部存在少量的贝氏体组织能够降低齿轮的裂纹敏感性,提高综合力学性能;等温盐浴淬火齿轮的表面生成了约20%的残留奥氏体,导致齿轮表面硬度较低,但经深冷处理,能够有效控制等温盐浴淬火后齿轮表面的残留奥氏体含量,并且显著提高表面硬度;通过试验齿轮的单齿弯曲疲劳检测,180℃等温盐浴淬火齿轮服役性能显著高于普通油浴淬火齿轮。     

奥氏体化温度对铸态18CrNiMo7-6钢组织性能的影响

详细研究了奥氏体化温度对18CrNiMo7-6钢回火后组织和力学性能的影响。结果显示,当奥氏体化温度为750℃时,组织中仍有部分未溶解的铁素体存在,使得淬火+回火后样品的硬度和强度都较低,而且基体组织的不连续性使得塑性较差。奥氏体化温度达到840℃时,已经属于完全淬火,回火后样品具有更高的强度,而且材料的断裂机制发生明显变化,为典型韧性断裂特征,断口均为韧窝组成。随着奥氏体化温度的升高,淬火水冷至室温过程中的过冷度增大,导致不平衡转变产生的马氏体板条束更致密,力学性能进一步提高。     

高强度钢压剪疲劳裂纹扩展的实验研究

滚珠轴承接触点附近的高压剪应力是引起轴承疲劳破坏的原因。为获得高强度钢在压剪疲劳加载下的断裂性态,通过轴向裂纹薄壁圆筒的压剪疲劳加载试验,研究了这类材料的疲劳破坏规律。结果表明,复合疲劳加载时门槛值对压应力分量并不敏感,但对扩散速率和临界扩展角却有明显影响。裂纹扩展速率随压应力增加而提高,裂纹较快达到失稳;裂纹扩散角则随压应力增加而减小,疲劳裂纹将向有利于Ⅰ型断裂的方向扩展。这表明轴承滚道内,任何平行于压应力的缺陷、微裂纹都将是十分危险的。