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20CrMnTi钢连铸坯的高温热塑性

河北冶金 2023年第8期 25-28页

作者：王程明孙晓冉李秋曈赵楠谷秀锐河钢材料技术研究院河北石家庄050000

利用Gleeble-3800热模拟试验机研究了20CrMnTi钢连铸坯的高温热塑性,结合扫描电子显微镜和金相显微镜观察了拉伸断口形貌及其附近金相组织,分析了试验钢断裂机理。结果表明:在600~1300℃温度区间内,试验钢抗拉强度逐渐下降,断面收缩率... 详细信息

利用Gleeble-3800热模拟试验机研究了20CrMnTi钢连铸坯的高温热塑性,结合扫描电子显微镜和金相显微镜观察了拉伸断口形貌及其附近金相组织,分析了试验钢断裂机理。结果表明:在600~1300℃温度区间内,试验钢抗拉强度逐渐下降,断面收缩率先下降后升高再降低;在900℃时断面收缩率达到最小值48%,断口形貌呈冰糖状,为典型的沿晶脆性断裂,断口附近组织为贝氏体和部分铁素体;断面收缩率在1150℃时达到最大值82.36%,断口韧窝较为集中,为典型的韧性断裂,断口附近组织为均匀的贝氏体。试验钢在600~1300℃范围存在1个脆性温度区间,即750~950℃第Ⅲ脆性区间;塑性区间为600~700℃和1000~1300℃。第Ⅲ脆性区间形成原因是由于铁素体沿晶界析出,削弱了晶界结合力,为裂纹的产生和扩展提供了条件,导致材料塑性恶化。为减少裂纹的发生率,在连铸生产中应避开第Ⅲ脆性区间,即控制矫直温度高于950℃或者低于750℃。

关键词： 20CrMnTi 高温热塑性断口沿晶断裂韧性断裂第Ⅲ脆性区间

光磁复合强化20CrMnTi车用齿轮钢的研究

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光磁复合强化20CrMnTi车用齿轮钢的研究

作者：王梅华江西理工大学

学位级别：硕士

在汽车行业里,20CrMnTi齿轮钢作为汽车齿轮生产中常用的材料,具有淬透性高、价格低廉等优点,在齿轮行业中占有重要地位。而在在齿轮的常见失效形式中,磨损失效同样占有较大比重,20CrMnTi齿轮钢也不例外。金属的磁场强化,在近几年是机械... 详细信息

在汽车行业里,20CrMnTi齿轮钢作为汽车齿轮生产中常用的材料,具有淬透性高、价格低廉等优点,在齿轮行业中占有重要地位。而在在齿轮的常见失效形式中,磨损失效同样占有较大比重,20CrMnTi齿轮钢也不例外。金属的磁场强化,在近几年是机械加工领域比较热门的话题,越来越受到人们的关注。磁化处理增强零件的表面耐磨性,不受零件形状限制,对齿轮这种具有复杂表面的零件适用性强,而且经过磁化处理的20CrMnTi齿轮钢试样,对其表面形貌基本不产生影响,是磁化处理比较吸引人的地方。20CrMnTi齿轮钢试样在磁场中与磁感线的位置关系、磁化频率和磁化时间都会对磁化效果产生影响。经过试验,当20CrMnTi齿轮钢试样的方向与磁感线方向垂直,磁化时间为60s,磁化频率为9Hz时,磁化强化处理的效果最佳,磨损量仅为4.3 mg,磨损率为0.298%,下降了大约50%。激光表面淬火是近些年迅速发展并成熟的热处理加工工艺,在提升零件表面机械性能有着重要作用,已经广泛应用于加工制造领域。通过ANSYS模拟激光表面淬火温度场,充分了解激光淬火快速加热和快速冷却的过程。光扫描速度对模型温度的影响与激光功率有着明显的差异,不仅影响节点到达最高点的温度,也影响其开始升温和到达最高温度时的时间。随着功率的增加和扫描速度的减小,模型的最高温度也越大,冷却速率也越大。当激光强化处理时,功率为300W,速度为50mm/s时,20CrMnTi齿轮钢硬度增加了7.80HRC,达到57.53HRC,磨损量仅为4.3 mg,磨损率为0.058%,表面耐磨损性能最佳。而光磁复合强化的20CrMnTi齿轮钢试样,其表面性能得到进一步提升,并且在磨损过程中,表面裂纹形貌减少。通过试验,当20CrMnTi齿轮钢表面强化效果最佳时,工艺参数为激光功率300W,扫描速度50mm/s,磁化频率9Hz,磁化时间时90s,表面磨损量为3.5mg,磨损率为0.045%,表面耐磨损性能最佳。激光强化使20CrMnTi齿轮钢表层组织明显细化,磁场强化改善20CrMnTi齿轮钢的磨损条件,并通过磁化处理降低激光处理产生的内应力,降低表层缺陷产生的概率,达到进一步提升20CrMnTi齿轮钢表面耐磨性的目的。

关键词： 20CrMnTi 摩擦磨损磁化激光复合强化

轧制工艺对20CrMnTi组织性能与氧化脱碳影响的研究

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轧制工艺对20CrMnTi组织性能与氧化脱碳影响的研究

作者：马秋晨东北大学

学位级别：硕士

“十三五”期间是我国特殊钢行业由制造大国向制造强国转变的关键五年,而体现合金钢生产及产品制造强国的关键指标就是产品质量达到国际先进水平。目前在我国的合金钢实际生产过程中,齿轮钢轧后硬度和氧化脱碳控制的共性技术问题仍亟待... 详细信息

“十三五”期间是我国特殊钢行业由制造大国向制造强国转变的关键五年,而体现合金钢生产及产品制造强国的关键指标就是产品质量达到国际先进水平。目前在我国的合金钢实际生产过程中,齿轮钢轧后硬度和氧化脱碳控制的共性技术问题仍亟待解决。本文以齿轮钢20CrMnTi为研究目标,研究分析了齿轮钢20CrMnTi的热变形行为、过冷奥氏体的连续冷却行为,以及轧制工艺参数对组织演变、宏观硬度和氧化脱碳的影响规律。论文的主要工作内容如下:(1)通过高温奥氏体热变形实验,研究变形温度和应变速率对齿轮钢20CrMnTi原始奥氏体组织以及变形抗力的影响。基于流变应力曲线,结合双曲正弦模型和线性拟合,建立实验钢本构方程,并精确预测实验钢应力应变曲线。同时,将流变应力曲线计算的应变储能引入铁素体正平衡计算方程,实现对不同变形条件下的铁素体平衡转变温度的预测。(2)应用膨胀量和金相观察的相变点测量方法,建立实验钢过冷奥氏体在静态和动态条件下的连续冷却转变曲线,并对比分析变形和冷却速度对组织转变的影响,结果表明,变形能一定程度上促进高温段的铁素体和珠光体相变,抑制中低温段的贝氏体和马氏体相变,但由于Cr、Mn等合金元素的加入,动静态条件下20CrMnTi钢贝氏体临界冷却速度均小于0.5℃/s。(3)采用热模拟实验机模拟不同热轧和冷却工艺方案,研究各工艺参数对组织演变及硬度的影响。实验结果表明,降低变形温度和冷却速率均能得到较高体积分数的珠光体和铁素体组织,显著降低实验钢硬度。为了实现生产效率的提高,引入高温冷却技术,并优化变形工艺,提出变形-快速冷却-变形的实验方案,成功将齿轮钢20CrMnTi硬度降低至GB/T 3077-2015合金结构钢出厂硬度要求值以下。(4)不同变形温度和冷却工艺下实验钢氧化层形貌均呈现内侧合金元素氧化层+外侧Fe1-yO+Fe3O4+Fe2O3三层氧化层形貌。氧化层和脱碳层厚度均随着变形温度升高,冷速降低而增加。当采用高温段快速冷却工艺时,可大幅度缩短高温段停留时间,抑制氧化脱碳。

关键词：轧制工艺 20CrMnTi 铁素体转变宏观硬度氧化脱碳

20CrMnTi冶炼过程形成CaO(CaS)-Al_2O_3-MgO夹杂的分析

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钢铁研究学报 2013年第1期25卷 9-13,22页

作者：赵东伟包燕平王敏马文俊北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

FactSage对钙处理前后钢液的平衡计算以及典型夹杂物在CaO-CaS-Al2O3三元相图中演变规律的研究结果表明:钢中硫含量大于0.01%(质量分数,下同)时,难以得到理想的钙处理效果,主要原因在于钙处理过程中钙主要与硫结合生成CaS夹杂,同时少部... 详细信息

FactSage对钙处理前后钢液的平衡计算以及典型夹杂物在CaO-CaS-Al2O3三元相图中演变规律的研究结果表明:钢中硫含量大于0.01%(质量分数,下同)时,难以得到理想的钙处理效果,主要原因在于钙处理过程中钙主要与硫结合生成CaS夹杂,同时少部分钙将对Al2O3进行变性;钙处理过程中CaO(CaS)-Al2O3演变规律为Al2O3→Al2O3+CaO.6Al2O3+CaS→CaO.2Al2O3+CaS(CaO含量较少)→Al2O3.CaO+CaS(CaO含量较多)。通过对复合夹杂物电镜面分布扫描结果的描边处理能够有效辨别复合夹杂物的成分,发现典型CaO(CaS)-Al2O3-MgO夹杂物成分为xCaO.yAl2O3+xMgO.yAl2O3+Al2O3+CaS,并据此提出了一种新的评价钙处理效果的方法。

关键词： 20CrMnTi CaO(CaS)-Al2O3-MgO 钙处理夹杂物

终轧温度及轧后冷却速率对20CrMnTi钢棒材显微组织及硬度的影响

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机械工程材料 2013年第2期37卷 6-9页

作者：袁武华彭振宇湖南大学材料科学与工程学院长沙410082

采用MMS-200型热力模拟试验机研究了20CrMnTi钢棒材在不同终轧温度下的热变形行为,分析了不同终轧温度及轧后冷却速率对显微组织转变及力学性能的影响。结果表明:棒材终轧温度一定时,随着冷却速率增大,显微组织变细,硬度提高;在冷却速... 详细信息

采用MMS-200型热力模拟试验机研究了20CrMnTi钢棒材在不同终轧温度下的热变形行为,分析了不同终轧温度及轧后冷却速率对显微组织转变及力学性能的影响。结果表明:棒材终轧温度一定时,随着冷却速率增大,显微组织变细,硬度提高;在冷却速率一定时,随着终轧温度升高,显微组织变粗,硬度降低;在终轧温度为950℃、轧后冷却速率为0.2～0.3℃·s^(-1)时,可以获得细小均匀的等轴晶粒,能将退火态的硬度控制在197 HBW左右。

关键词： 20CrMnTi 终轧温度冷却速率珠光体组织

二次淬火对20CrMnTi渗碳钢组织和扭转强度的影响

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兵器材料科学与工程 2013年第5期36卷 91-93页

作者：迟长志李世欣孟凡博孙鹏轩辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁阜新123000

利用正交试验一次淬火、二次淬火和低温回火处理对20CrMnTi渗碳钢组织和扭转强度的影响进行研究。结果表明:二次淬火能明显细化和强化组织,获得扭转强度最大的最佳工艺为二次860℃淬火,220℃×4 h回火;二次淬火对20CrMnTi钢的扭转强度... 详细信息

利用正交试验一次淬火、二次淬火和低温回火处理对20CrMnTi渗碳钢组织和扭转强度的影响进行研究。结果表明:二次淬火能明显细化和强化组织,获得扭转强度最大的最佳工艺为二次860℃淬火,220℃×4 h回火;二次淬火对20CrMnTi钢的扭转强度有明显提高。

关键词： 20CrMnTi 渗碳钢二次淬火扭转强度

20CrMnTi高温流变行为和本构关系的描述（英文）

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Journal of Central South University 2018年第5期25卷 1013-1024页

作者：赵新海刘丹丹吴向红刘广荣陈良 Key Laboratory of Liquid–Solid Structural Evolution & Processing of Materials of Ministry of Education Shandong University State Key Laboratory of Materials Processing and Die and Mould Technology Huazhong University of Science and Technology School of Civil Engineering Shandong University

为了研究20CrMnTi的高温流变行为,获得其高温状态下的本构方程,在Gleeble–3500热模拟试验机上进行了20CrMnTi的等温压缩试验。试样压缩量为60%,应变速率从0.01 s^(–1)到10 s^(–1),热变形温度范围为1123 K到1273 K。根据试验结果,基... 详细信息

为了研究20CrMnTi的高温流变行为,获得其高温状态下的本构方程,在Gleeble–3500热模拟试验机上进行了20CrMnTi的等温压缩试验。试样压缩量为60%,应变速率从0.01 s^(–1)到10 s^(–1),热变形温度范围为1123 K到1273 K。根据试验结果,基于阿伦尼斯模型建立了20CrMnTi的本构方程。为了进一步提高模型的精度,考虑到应变的影响提出了一种新的建立方法。引入了一个和变形温度和应变速率相关的系数K对模型进行了修正,修正后的模型精度得到有效的提高。根据结果发现,随着变形温度的升高和应变速率的降低,流变应力降低。结果表明:采用新方法建立的本构方程可以有效预测20CrMnTi高温变形的流变应力,提高模拟的精度。

关键词： 20CrMnTi 本构方程 Arrhenius模型热变形

Anti-wear properties on 20CrMnTi steel surfaces with biomimetic non-smooth units

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Science China(Technological Sciences) 2010年第11期53卷 2920-2924页

作者： HU Yong HAN ZhiWu XU MingXu ZHANG ZhiHui College of Mechanical Science and Engineering Nanling CampusJilin UniversityChangchun 130025China Key Laboratory of Bionic Engineering Ministry of EducationCollege of Biology and Agriculture EngineeringNanling CampusJilin UniversityChangchun 130025China

In order to gain a sufficient wear resistance for applications, the biomimetic non-smooth units in concave were fabricated on the surfaces of 20CrMnTi steel using a biomimetic laser remelting technology. The diameter and distribution of the concaves were optimized using orthogonal experiment. The microstructures of the biomimetic non-smooth units were examined. The anti-wear behaviors were investigated by the rolling wear test with lubricant. The results of wear tests indicated that the biomimetic surfaces exhibit a higher anti-wear ability than the smooth surfaces. The biomimetic surface with concaves of 250 μm in diameter and transverse distance of 270 μm and longitudinal distance of 400 μm exhibits the best anti-wear property. The enhancement of wear resistance can be mainly attributed to the action of biomimetic non-smooth units and the super fined microstructure and hardness in the biomimetic unit zones.

关键词： biomimetic unit concave orthogonal experiment anti-wear 20CrMnTi

微晶陶瓷磨料砂轮磨削20CrMnTi齿轮时的划擦机理研究

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微晶陶瓷磨料砂轮磨削20CrMnTi齿轮时的划擦机理研究

作者：王昌省山东大学

学位级别：硕士

汽车工业的发展对齿轮精度和加工效率提出了更高的要求,磨齿是齿轮加工工艺的重要工序,决定了齿轮加工精度和表面质量。本文分析了蜗杆砂轮磨齿和螺旋锥齿轮磨齿简化的方法,通过单颗磨粒划擦实验和连续磨粒划擦实验研究了微晶陶瓷磨料... 详细信息

汽车工业的发展对齿轮精度和加工效率提出了更高的要求,磨齿是齿轮加工工艺的重要工序,决定了齿轮加工精度和表面质量。本文分析了蜗杆砂轮磨齿和螺旋锥齿轮磨齿简化的方法,通过单颗磨粒划擦实验和连续磨粒划擦实验研究了微晶陶瓷磨料砂轮磨削20CrMnTi齿轮时的划擦机理,根据划擦结果对现有磨削加工表面粗糙度模型进行了修正。分析了蜗杆砂轮磨齿和螺旋锥齿轮磨齿简化的方法,计算了砂轮工作面和齿轮齿面在啮合点处的相对运动速度和速度矢量方向上两共轭曲面的曲率半径,并将蜗杆砂轮磨齿过程简化成平面磨削,将展成法磨削螺旋锥齿轮的大齿轮过程简化成内圆磨削。研究了单颗微晶陶瓷磨粒划擦渗碳淬硬20CrMnTi的划擦机理。结果表明,划痕是由磨粒表面多个微刃共同参与划擦而形成的,划痕表面具有明显的塑性流动特征。在一定的划擦速度下,法向力和切向力均随着划擦深度的增加而增大;在一定的划擦深度下,法向力随着划擦速度的提高而先增大后减小,切向力和单位磨削力随着划擦速度的提高而逐渐降低。研究了微晶陶瓷磨粒的磨损情况。结果表明,微晶陶瓷磨粒的磨损形式是破碎磨损、黏附磨损和磨耗磨损,小块的破碎磨损是其主要磨损形式。在较低的划擦速度下,应变率强化效应对材料的塑性变形起主导作用,工件材料以短块状磨屑的形式被去除。在较高的划擦速度下,磨粒前端的剪切区发生失稳绝热剪切,工件材料以节状磨屑的形式被去除。研究了划擦深度和划擦速度对划痕两侧塑性隆起高度的影响。结果表明,当划擦速度为10m/s时,划痕两侧塑性隆起高度随着划擦深度的增加而呈现双峰波动趋势;在其它3种划擦速度下,划痕两侧塑性隆起高度的变化趋势类似,且整体变化不大。在一定的划擦深度下,划痕两侧塑性隆起高度随着划擦速度的提高而降低。研究了连续磨粒共同参与下的微晶陶瓷磨粒划擦渗碳淬硬20CrMnTi的划擦机理。在磨粒运动轨迹完全重合的连续磨粒划擦实验中,二次划痕两侧产生塑性隆起;塑性隆起高度随着划擦深度的增加而增大,随着划擦速度的提高而逐渐降低。划痕边缘的塑性隆起形式主要是锯齿状边缘和面积较大的块状毛刺。逆磨划擦的切向力比顺磨划擦大,二次划痕两侧的塑性隆起高度比单颗磨粒划擦大。在磨粒运动轨迹部分重合的连续磨粒划擦实验中,一次划痕的沟槽边缘在二次划擦时被后续磨粒切除,二次划擦产生的塑性隆起在后续磨粒的推挤下流向一次划痕沟槽。磨粒运动轨迹部分重合的连续磨粒划擦力比单颗磨粒划擦力和磨粒运动轨迹完全重合的连续磨粒划擦力小。研究了磨粒间距对连续磨粒划擦过程的影响,结果表明,二次划擦的法向力随着磨粒间距的减小而减小,切向力在磨粒间距为20μm时最小,说明在连续磨粒划擦实验中运动轨迹部分重合的后续磨粒较为锋利,具有较高的材料去除效率。分析了连续磨粒划擦机理。结果表明,后续磨粒二次划擦的过程包括"滑擦—耕犁—切削"三个阶段。在较高的应变率和绝热水平下,二次划擦时磨粒前端的剪切区发生失稳绝热剪切,工件材料主要以节状磨屑的形式被去除。建立了二次划痕两侧塑性隆起高度的线性回归方程,考虑了磨削加工中工件材料的塑性流动和划擦速度对划痕两侧塑性隆起高度的影响,对现有磨削加工表面粗糙度模型进行了修正,并进行了磨削验证实验。

关键词：微晶陶瓷磨料齿轮磨削 20CrMnTi 单颗磨粒划擦表面粗糙度