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。     

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。     

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合金钢Zerilli-Armstrong本构模型的建立及修正

采用Gleeble-3500热模拟试验机在应变速率为0.001～1s^-1、变形温度为700～1000℃的条件下,对18CrNiMo7-6合金钢实施等温压缩试验,获得18CrNiMo7-6合金钢在不同条件下的真实应力-真实应变曲线,分析其热变形行为。构建了18CrNiMo7-6合金钢的Zerilli-Armstrong (Z-A)本构模型,描述其热变形行为。通过对比分析Z-A本构模型的预测值与等温压缩试验的试验值发现,预测值与试验值的线性相关系数为0.9750,平均相对误差为8.1792%。为了进一步提高模型的预测精度,采用应变的5阶多项式描述Z-A本构模型中与应变有关的材料参数,实现对模型的修正,修正后的Z-A本构模型的预测值与试验值的线性相关系数为0.9853,平均相对误差为5.5358%,有效提高了本构模型的预测精度。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Nb微合金化对18CrNiMo7-6钢奥氏体晶粒长大的影响

对比研究了含Nb和不含Nb的18CrNiMo7-6试验钢在加热温度(900～1100℃)和保温时间(1～8 h)下的奥氏体晶粒长大行为,建立了两种试验钢的奥氏体晶粒长大的数学模型.结果表明,随着加热温度的升高和保温时间的延长,试验钢的奥氏体晶粒逐渐长大,相同加热条件下18CrNiMo7-6-Nb钢的奥氏体晶粒尺寸要小于...     

18CrNiMo7-6齿轮钢的疲劳裂纹扩展行为

基于裂纹扩展与尖端温度演变规律,对18CrNiMo7-6齿轮钢疲劳裂纹扩展行为进行了研究。采用红外热像法建立了齿轮钢裂纹扩展过程中的温度变化与应力强度因子之间的对应关系,并与断裂力学分析结果进行对比,发现两者之间存在差异;通过对齿轮钢的疲劳断裂机理的分析,解释了产生这一现象的原因。结果表明：随着应力强度因子的增加,18CrNiMo7-6齿轮钢的裂纹扩展速率随之增加;红外热像法对裂纹扩展变化更为敏感,可用于实时监测材料中的疲劳损伤;由于齿轮钢的断裂机理从脆性解理断裂向韧性断裂的转变导致温升速率产生差异,使得红外热像法具有更高的敏感性。     

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。     

车轴用LZ50钢的热变形行为及高温塑性本构方程

借助Gleeble-1500D热模拟试验机,在温度1050~1200 ℃,应变速率0.01~1 s^-1,变形量在50%的条件下对LZ50高速铁路车轴钢试样进行热变形压缩试验。通过试验测得该材料不同工艺参数下的真应力-应变曲线,采用Arrhenius双曲正弦函数推导LZ50钢的高温塑性本构方程,并分析了不同热加工条件下LZ50钢的动态再结晶行为。结果表明,LZ50钢对温度和应变速率的变化较为敏感,温度越高,应变速率越低,所对应流动应力值越小。LZ50钢的变形激活能为217 920.626 J/mol。变形温度越高,应变速率越低,再结晶现象越容易发生。     

真空渗碳18CrNiMo7-6钢中碳化物的析出规律

采用淬火膨胀仪进行模拟试验,通过对18CrNiMo7-6钢的显微组织、硬度分布的表征,研究了经真空渗碳后18CrNiMo7-6钢在冷却过程中碳化物的析出规律。结果表明,在980 ℃保温30 min后,试验钢中的碳化物完全溶解;快速冷却至600 ℃保温20 min后,渗层组织充分转变为细片层珠光体形貌组织;再升温至830 ℃保温20 min并以20 ℃/s的冷速气冷至室温后,室温组织出现不同形态的碳化物,马氏体组织较热处理前的原始组织得到了细化,且硬度及淬硬层深度较热处理前显著提升。