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回火温度对新一代传动齿轮钢C61组织及性能的影响

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金属热处理 2022年第1期47卷 49-56页

作者：戴彦璋韩顺厉勇周敏王春旭钢铁研究总院特殊钢研究院北京100081 无锡航亚科技股份有限公司江苏无锡214000

采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、拉伸试验机和冲击试验机等分析手段对C61齿轮钢试样经1000℃淬火+回火处理后组织和碳化物的析出行为及力学性能进行了研究。结果表明,试验钢在淬火和深冷状态下,一次碳化物基本溶解,... 详细信息

采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、拉伸试验机和冲击试验机等分析手段对C61齿轮钢试样经1000℃淬火+回火处理后组织和碳化物的析出行为及力学性能进行了研究。结果表明,试验钢在淬火和深冷状态下,一次碳化物基本溶解,基体为板条马氏体组织,此时固溶强化作用提供了较好的强韧化基础。当回火温度为420℃时,析出的M;C渗碳体为其提供了较高的强度,但这种析出相的存在对冲击性能具有较大的损伤;M;C渗碳体会在482℃回火时溶解,10~20 nm尺寸的棒状M;C碳化物在板条马氏体内的弥散析出,提供了较高强度的同时改善了冲击性能。随着回火温度的继续升高,大量逆转变奥氏体生成,不仅有效提高冲击性能,同时强度下降也更为明显;且M;C碳化物粗化长大,第二相的强化作用降低。综合得出,试验钢在482℃的回火条件下能达到较好的强韧化匹配,抗拉强度和屈服强度分别为1781 MPa和1546 MPa,冲击吸收能量为97 J,硬度峰值为52 HRC。

关键词：回火温度齿轮钢显微组织力学性能碳化物

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航空渗碳齿轮钢的迭代发展

航空材料学报 2023年第1期43卷 60-69页

作者：郑医何培刚李宁孙振淋中国航发哈尔滨东安发动机有限公司哈尔滨150066 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

对航空动力传动系统渗碳齿轮材料的代际发展、组分特征与强化机制进行综述。第一代渗碳齿轮钢为低碳中低合金钢,渗层组织通过Fe_(3)C型碳化物进行表面硬化,因合金化元素含量低,第一代渗碳齿轮钢回火抗力差,普遍服役温区≤200℃。在第一... 详细信息

对航空动力传动系统渗碳齿轮材料的代际发展、组分特征与强化机制进行综述。第一代渗碳齿轮钢为低碳中低合金钢,渗层组织通过Fe_(3)C型碳化物进行表面硬化,因合金化元素含量低,第一代渗碳齿轮钢回火抗力差,普遍服役温区≤200℃。在第一代渗碳齿轮钢中,16Cr3NiWMoVNbE材料碳化物形成元素含量相对较高,通过临界饱和渗碳工艺方法,该材料可进阶为第二代渗碳齿轮钢进行宽温域服役。第二代渗碳齿轮钢为低碳中高合金钢,通过进一步提高合金化程度,适当提升抗回火能力较强的Mo元素含量,基体回火时,可析出部分回火抗力较高的M_(2)C强化相,整体服役温区提升至≤350℃。第三代渗碳齿轮钢为低碳超高合金钢,借助计算材料学,充分发挥出“二次硬化”强化基体效果,能够在500℃以下温区长期服役。现有合金结构钢体系的强化机制,无法避免500℃以上高温长期服役的强度快速衰减问题,下一代渗碳齿轮材料,将以抗氧化性能优异的铁基合金为基础进行研制。

关键词：齿轮钢渗碳二次硬化沉淀硬化

淬火温度对Nb微合金化齿轮钢18CrNiMo7-6组织演变及力学性能的影响

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金属热处理 2022年第2期47卷 105-112页

作者：胡芳忠杨少朋金国忠胡乃悦汪开忠杨志强陈世杰马鞍山钢铁股份有限公司技术中心安徽马鞍山243000 钢铁研究总院特殊钢研究院北京100081

通过Thermo-calc热力学计算软件、扫描电镜、光学显微镜、冲击试验及拉伸试验等,研究了淬火温度对Nb微合金化齿轮钢18CrNiMo7-6组织及力学性能的影响。结果表明:随着淬火温度的升高,Nb微合金化齿轮奥氏体平均晶粒尺寸增加,但保持在20μ... 详细信息

通过Thermo-calc热力学计算软件、扫描电镜、光学显微镜、冲击试验及拉伸试验等,研究了淬火温度对Nb微合金化齿轮钢18CrNiMo7-6组织及力学性能的影响。结果表明:随着淬火温度的升高,Nb微合金化齿轮奥氏体平均晶粒尺寸增加,但保持在20μm以下,晶界稳定性较高;根据Thermo-calc热力学计算结果可知,主要存在的碳氮化物为Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6)、NbC以及AlN,其中Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6)固溶温度较低,分别为730℃和749℃,NbC、AlN固溶温度较高,分别为1180℃和1070℃,NbC和AlN为主要钉扎晶界、细化晶粒的碳氮化物;NbC中存在少量的N元素,在一定温度下,NbC有向Nb(C,N)转变的趋势。随着淬火温度的升高,屈服强度呈降低趋势,抗拉强度在860℃出现平台,冲击性能先升高后降低。含Nb齿轮钢18CrNiMo7-6具有较宽的工艺设计窗口,最佳热处理工艺为860℃淬火+180℃低温回火,此时抗拉强度为1455 MPa,屈服强度为1229 MPa,冲击吸收能量为100 J,硬度约为44 HRC。

关键词： Nb微合金化齿轮钢淬火+回火力学性能组织演变

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高温渗碳齿轮钢铝氮含量对奥氏体尺寸的影响

钢铁 2022年第12期57卷 141-151页

作者：魏民邓伟唐海燕李海洋王得炯张家泉北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 南京钢铁股份有限公司特钢事业部江苏南京210035

轨道交通用高端齿轮钢往往要求长时间高温渗碳处理以提高其表面硬度与耐磨性,利用合适的铝、氮含量实现AlN粒子对奥氏体晶界的有效钉扎对保证齿轮的晶粒度、力学性能与尺寸精度至关重要。在通常的渗碳温度下,AlN已经发生了部分固溶,为... 详细信息

轨道交通用高端齿轮钢往往要求长时间高温渗碳处理以提高其表面硬度与耐磨性,利用合适的铝、氮含量实现AlN粒子对奥氏体晶界的有效钉扎对保证齿轮的晶粒度、力学性能与尺寸精度至关重要。在通常的渗碳温度下,AlN已经发生了部分固溶,为了保证高温渗碳后奥氏体晶粒细小,齿轮钢中的酸溶铝质量分数一般需要保持在0.02%~0.055%以保证析出足量细小的AlN第二相粒子来钉扎晶界,且氮质量分数要求为0.01%~0.016%。这一元素含量范围较广,因此有必要研究钢在高温渗碳时所需要的恰当铝氮积与铝氮比,也就是钢中w(Al)与w(N)的乘积和比值的取值范围,还需要研究AlN粒子对于奥氏体的钉扎作用。针对不同含铝含氮轨道交通用齿轮钢进行了伪渗碳试验与AlN第二相粒子Ostwald熟化和Gladman钉扎模型计算研究,揭示了奥氏体晶粒不均匀性因子Z与加热温度T的定量关系式。研究了含铝含氮齿轮钢高温保温过程奥氏体晶粒半径RA的变化规律,以及不同铝氮积和铝氮比对奥氏体晶粒生长的影响。结果表明,加热温度T在1173~1273K范围内,此类微合金高强钢的奥氏体晶粒长大不均匀性因子服从线性规律Z=3.74297-0.00176T;保温时间t一定时,lnRA与1/T大致呈二次多项式关系;加热温度T一定时,lnRA与lnt呈线性关系,奥氏体生长时间指数为0.33;当钢中铝氮积大于4.77×10^(-4)、对应奥氏体晶粒粗化温度TC>1263K时,在T=TC-10K温度下保温6h后,铝氮比为1.5~3.8的钢均可保证其奥氏体晶粒度达到7级以上;当铝氮积或TC为定值时,同样在T=TC-10K加热温度下保温6h后,钢的奥氏体晶粒大小与其铝氮比呈线性正相关;铝氮比在1.5~3.8范围内,其奥氏体晶粒度相差约在1级以内。

关键词：齿轮钢奥氏体晶粒粗化温度铝氮积铝氮比

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基于ELM的齿轮钢淬透性预测模型

金属热处理 2022年第3期47卷 227-233页

作者：赵艺琪聂小龙赵四新高加强刘新宽上海理工大学材料与化学学院上海200093 宝钢研究院上海201900

利用极限学习机(ELM)研究了20Cr齿轮钢端淬硬度曲线和化学成分的预测,并将其预测结果与传统预测模型进行比较。结果表明,ELM可以根据齿轮钢的化学成分预测其淬透性,计算精度明显优于传统线性拟合及神经网络模型,同时ELM也能通过齿轮钢... 详细信息

利用极限学习机(ELM)研究了20Cr齿轮钢端淬硬度曲线和化学成分的预测,并将其预测结果与传统预测模型进行比较。结果表明,ELM可以根据齿轮钢的化学成分预测其淬透性,计算精度明显优于传统线性拟合及神经网络模型,同时ELM也能通过齿轮钢淬透性硬度曲线反测化学成分,元素含量误差在5%以内。

关键词： ELM 齿轮钢淬透性

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真空渗碳处理齿轮钢的氢脆敏感性

金属学报 2021年第8期57卷 977-988页

作者：肖娜惠卫军张永健赵晓丽北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

采用电化学充氢及慢应变速率拉伸(SSRT)实验研究了真空渗碳热处理后20Cr2Ni4A齿轮钢的氢脆敏感性,并与常规淬火+回火处理(QT)的20Cr2Ni4A齿轮钢进行了对比。结果表明,渗碳试样渗碳层中的残余奥氏体含量(约13.8%,体积分数,下同)远高于渗... 详细信息

采用电化学充氢及慢应变速率拉伸(SSRT)实验研究了真空渗碳热处理后20Cr2Ni4A齿轮钢的氢脆敏感性,并与常规淬火+回火处理(QT)的20Cr2Ni4A齿轮钢进行了对比。结果表明,渗碳试样渗碳层中的残余奥氏体含量(约13.8%,体积分数,下同)远高于渗碳试样心部和QT试样(约4.6%),前者主要呈多尺度的块状分布在原奥氏体晶界及板条界处。渗碳试样与QT试样中的室温可扩散性H含量相当,但前者组织中较多的残余奥氏体和渗碳体含量使得其室温非扩散性H含量明显高于后者,H扩散系数明显低于后者。QT试样呈现出优异的强塑性配合,以相对断后伸长率损失表征的氢脆敏感性指数(HEI)为54.3%。与QT试样相比,渗碳试样的抗拉强度提高了34.6%,但塑性显著降低,断后伸长率及断面收缩率分别降低了66.5%和92.4%;充氢后在屈服之前就发生了脆性断裂,呈现出很高的氢脆敏感性,HEI高达90.9%。SSRT断口分析表明,充氢QT试样与最大H扩散距离大体相当的表层脆性区为沿晶+准解理的混合断裂,而充氢渗碳试样则在距表面一定距离的渗碳层内呈现一定宽度的沿晶断裂脆性区,且在接近有效渗碳层深度处出现了一条大体沿渗碳层圆周方向扩展的长裂纹。造成渗碳试样与QT试样氢脆敏感性显著差异和独特氢脆断裂特征的主要原因与2者的微观组织、强度水平及渗层残余压应力等因素有关。

关键词：氢脆齿轮钢真空渗碳微观组织力学性能

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齿轮钢晶粒尺寸对淬透性的影响

钢铁研究学报 2018年第3期30卷 206-212页

作者：何肖飞曹燕光王毛球徐乐钢铁研究总院特殊钢研究所

以20CrNiMoH齿轮钢为实验对象,研究了齿轮钢不同晶粒尺寸对其淬透性的影响。在同一棒料上截取端淬试样,经925、950、980、1 000和1 050℃等不同奥氏体化温度处理后开展末端淬火实验,结果发现经不同奥氏体化温度处理的试样淬透性能差距... 详细信息

以20CrNiMoH齿轮钢为实验对象,研究了齿轮钢不同晶粒尺寸对其淬透性的影响。在同一棒料上截取端淬试样,经925、950、980、1 000和1 050℃等不同奥氏体化温度处理后开展末端淬火实验,结果发现经不同奥氏体化温度处理的试样淬透性能差距较大。进一步研究发现,20CrNiMoH齿轮钢试样淬透性能的不一致主要源自于不同试样晶粒尺寸的差别。20CrNiMoH齿轮钢试样经不同奥氏体化温度处理后,晶粒尺寸和长大趋势不同,晶粒尺寸长大会推迟过冷奥氏体相变发生,从而保持奥氏体的稳定性,提高齿轮钢的淬透性。此外还定量研究了20CrNiMoH齿轮钢晶粒度等级同淬透性硬度的关系,发现20CrNiMoH钢晶粒度级别提高1级,J5、J9和J15处端淬硬度值分别下降约1.9HRC、4.0HRC和1.3HRC,J9处端淬硬度受晶粒度的影响最为显著。

关键词：齿轮钢淬透性晶粒尺寸奥氏体 20CrNiMoH

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小方坯齿轮钢连铸过程中的宏观偏析模拟

工程科学学报 2021年第4期43卷 561-568页

作者：王亚栋张立峰张海杰北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室秦皇岛066004

基于国内某厂齿轮钢小方坯连铸生产过程,利用ProCAST软件建立移动切片模型,能够高效模拟连铸过程中的宏观偏析,模型分别模拟研究了不同过热度、二冷水量和拉坯速度等对宏观偏析的影响.模拟结果与碳偏析检测结果吻合良好,验证了移动切片... 详细信息

基于国内某厂齿轮钢小方坯连铸生产过程,利用ProCAST软件建立移动切片模型,能够高效模拟连铸过程中的宏观偏析,模型分别模拟研究了不同过热度、二冷水量和拉坯速度等对宏观偏析的影响.模拟结果与碳偏析检测结果吻合良好,验证了移动切片模型模拟连铸坯宏观偏析的准确性.由于溶质浮力的影响,内弧侧的宏观偏析强于外弧侧.随着过热度的增加,铸坯中心碳偏析度从1.06增加至1.15.过热度控制在25℃范围内,可以保证铸坯的宏观碳偏析度控制在1.10范围内.随着连铸二冷水量的增加,铸坯中心偏析改善程度较小,铸坯中心碳偏析度从1.16降低至1.13.随着拉坯速度的增加,铸坯中心偏析呈现加重的趋势,铸坯中心碳偏析度由1.14增加至1.21,拉坯速度控制在1.4 m·min^(-1)范围内,可保证铸坯中心碳偏析度低于1.15.

关键词：宏观偏析过热度二冷水量拉坯速度齿轮钢

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基于镁处理的含硫齿轮钢硫化物形态控制

炼钢 2024年

作者：马崑闵义刘承军卢秉军赵千水李超群东北大学冶金学院鞍钢集团钢铁研究院本钢技术中心东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室

为考察镁变质夹杂物对含硫齿轮钢中硫化物形态的控制效果，对加硫40Cr钢进行镁处理，结合热力学分析，解析了冶炼和轧制过程夹杂物的演变行为。研究结果表明，金属镁添加到钢液中后，可将钢中Al2O3夹杂变质为弥散分布的MgAl2O4夹杂；在... 详细信息

为考察镁变质夹杂物对含硫齿轮钢中硫化物形态的控制效果，对加硫40Cr钢进行镁处理，结合热力学分析，解析了冶炼和轧制过程夹杂物的演变行为。研究结果表明，金属镁添加到钢液中后，可将钢中Al2O3夹杂变质为弥散分布的MgAl2O4夹杂；在凝固过程中，变质后的MgAl2O4夹杂可以作为硫化锰的析出核心形成复相夹杂；在轧制过程中，核心的MgAl2O4可进一步发挥骨架作用而抑制周边硫化锰的延展，有效降低了硫化锰的长径比，预期有利于齿轮钢切削性能和机械性能的改善。研究结果还表明，欲充分发挥MgAl2O4的骨架作用，需要保证钢中具有足够高的溶解镁含量使Al2O3充分变质，并促使MgAl2O4具有合适的粒度和数量，以成为控制硫化锰析出与变形的有效核心。

关键词：齿轮钢镁处理硫化锰形态控制