非調質鋼、用其制造的工程機械半軸及半軸制造方法技術

非調質鋼、用其制造的工程機械半軸及半軸制備方法，非調質鋼化學成分范圍按重量百分比計為：C：0.35%～0.42%，Si：0.20%～0.40%，Mn：0.80%～1.50%，P：≤0.035%，S：0.005%～0.035%，Cr：0.40%～0.80%，V：0.08%～0.18%，B：0.0005%～0.0025%，其余為Fe和不可避免的雜質。其優點是與20CrMnTi滲碳淬火和40Cr調質半軸相比，非調質鋼半軸平均靜扭強度分別提高了81%和15%，扭轉疲勞性能更佳，還具有優良的機加工性能，可以大幅提高加工刀具壽命，節能降耗，提高性能，降低生產成本，獲得可觀的經濟效益。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】非調質鋼、用其制造的工程機械半軸及半軸制備方法，非調質鋼化學成分范圍按重量百分比計為：C：0.35%～0.42%，Si：0.20%～0.40%，Mn：0.80%～1.50%，P：≤0.035%，S：0.005%～0.035%，Cr：0.40%～0.80%，V：0.08%～0.18%，B：0.0005%～0.0025%，其余為Fe和不可避免的雜質。其優點是與20CrMnTi滲碳淬火和40Cr調質半軸相比，非調質鋼半軸平均靜扭強度分別提高了81%和15%，扭轉疲勞性能更佳，還具有優良的機加工性能，可以大幅提高加工刀具壽命，節能降耗，提高性能，降低生產成本，獲得可觀的經濟效益。【專利說明】
本專利技術的涉及一種。
技術介紹
傳統調質處理生產周期長、能耗大、生產成本高，同時工作環境惡劣，生產過程中產生對環境有污染的“三廢”。隨著全球性資源和能源的緊張和枯竭，節能減排、發展低碳經濟已成世界共識，也是今后中國調整經濟結構和發展模式的方向。因此研究應用非調質鋼，節能降耗，符合發展低碳經濟的要求，是綠色制造的發展趨勢，是時代發展的需要。目前國內工程機械行業仍主要采用傳統調質鋼為主要原材料，對非調質鋼的研究和應用較少，產品的單位能耗高。作為一個發展迅速、規模日益龐大的重要裝備制造行業，在工程機械行業中廣泛應用環保節能的非調質鋼將是一個必然的趨勢。半軸屬于大長徑比的細長軸類零件，如圖1所示，其在傳統調質工藝淬火時易產生彎曲變形、微裂紋等缺陷，調質質量控制難度大。在使用過程中，常因調質質量不達標而造成產品的失效。而采用非調質鋼制造后，半軸生產取消調質處理工藝，產品的綜合機械性能不受調質工藝的限制和影響，而由非調質鋼材料自身的性能優劣決定，因此半軸質量的可控性和穩定性增強，可以大大減少產品因制造質量缺陷而造成的外反饋損失。非調質鋼半軸無調質工藝，可節約因調質而消耗的大量能源，縮短原有制造周期約1/3，同時減少廢氣、廢水的排放，節能減排的同時直接降低了產品的制造成本。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種非調質鋼、應用其制造的工程機械半軸和半軸加工工藝，其與20CrMnTi滲碳淬火和40Cr調質半軸相比，不僅平均靜扭強度分別提高了 81%和15%，扭轉疲勞性能更佳，還具有優良的機加工性能，可以大幅提高加工刀具壽命，節能降耗，提高性能，降低生產成本，獲得可觀的經濟效益。可用于工程機械半軸的非調質鋼的成分設計要點如下: 綜合考慮半軸技術要求和現有工藝條件，擬采用中碳型P+F非調質鋼。加入Mn、V、B、Cr，使非調質鋼在軋制后具有上述力學性能要求，同時具有良好的淬透性以使表面感應淬火后有足夠的有效硬化層深度。碳對鋼的強度、硬度影響最大，碳含量過高，鋼材的塑、韌性下降；碳含量太低，表面淬火后的硬度不足。為了達到40Cr調質后的性能水平，半軸用非調質鋼中的碳含量控制在0.35%~0.42%之間。Mn是普通低合金鋼中最常用的具有固溶強化作用的元素。Mn能改善珠光體+鐵素體組織鋼的沖擊韌性，增加斷面收縮率，有關資料顯示，Mn在1%以內對沖擊韌性無損害，但隨著Mn含量進一步增加，鋼的韌性逐漸降低，據此，Mn含量選取1.5%以下，即0.8%~1.50%οV是微合金化元素中最常用又有效的強化元素，其主要作用是通過形成V (C，N)來影響鋼的組織和性能。V(c，N)主要在奧氏體晶界的鐵素體中沉淀析出，除彌散強化外，更重要的是對奧氏體晶界的釘扎作用，使鋼材軋制后晶粒細小，在提高材料強度的同時改善鋼的韌性。微量的B可以顯著提高鋼的淬透性，用來替代部分稀缺或貴重的合金元素，降低生產成本。另外，相關研究表明，B的加入可以促進其它微合金元素如Nb的形變誘導析出，在鋼中產生更為細小的Nb和B的復雜的碳氮化合物，有利于改善非調質鋼的各項性能。Cr是中等碳化物形成元素。加熱時溶入奧氏體的Cr能提高鋼的淬透性。鋼中的Cr，一部分置換鐵形成合金滲碳體；一部分溶入鐵素體中，產生固溶強化作用，提高鐵素體的強度和硬度。本專利技術所述的非調質鋼的力學性能設計依據為:研究表明，通過適當調整鋼中的碳、錳和釩等元素的含量，熱軋狀態的珠光體一鐵素體鋼的平均抗拉強度可以達到900MPa，此強度級別與現行40Cr鋼調質處理后接近，且能夠在半軸整個截面得到較均勻的強度，韌性指標低于40Cr鋼調質。而后續的半軸中頻感應淬火處理能顯著地改善半軸的沖擊韌性。設計的非調質鋼材料熱軋態力學性能目標值見表1。表1微合金非調質鋼材料熱軋態力學性能及組織要求 伏少非比洞IatSg*丨國后》長暮藝面授歸寧mm II,； ； MPaI A 5SZ'5KU； IBBWa1:L:-￡fr >':.>SiQ-HiW [ >15>r 本專利技術之非調質鋼，其化學成 份范圍按重量百分比計為:c:0.35%~0.42%，Si:0.20% ~0.40%, Mn:0.80% ~1.50%, P:≤ 0.035%, S:0.005% ~0.035%, Cr:0.40% ~0.80%,V:0.08%~0.18%, B:0.0005%~0.0025%，其余為Fe和不可避免的雜質。優選地，所述的非調質鋼的化學成份范圍按重量百分比計為:C:0.37%~0.40%,S1:0.17% ~0.37%, Mn:1.00% ~1.30%, P:≥ 0.025%, S:0.005% ~0.035%, Cr:0.40% ~0.60%, V:0.10%~0.15%, B:0.0010%~0.0025%，其余為Fe和不可避免的雜質。按上述成份范圍，采用電弧爐冶煉+精煉/真空脫氣一連鑄一二軋650成材制備本專利技術的非調質鋼。工程機械半軸對表面硬化層深度的要求: 半軸主要承受扭轉應力，最大應力作用于軸的表層，軸心受力為零。因此，半軸應具有足夠的強度(大多數半軸的計算工作應力τ max=347MPa~530MPa)、韌性和良好的抗疲勞性能，半軸的疲勞極限主要取決于表層材料的疲勞強度。淬硬層深度應保證半軸內任何一點的扭轉應力均小于或等于該點的扭轉屈服強度。圖2表示半軸淬火后強度與扭轉應力分布情況對比，若淬硬層太淺，如圖2 (a)所示，則半軸強度不足，存在危險區域；若淬硬層太深，如圖2 (C)所示，則半軸表層殘余壓應力降低而降低疲勞壽命。合適的淬硬層深度如圖2 (b)所示。花鍵部齒根下硬化層深度應達到花鍵根部軸徑的10-20%，桿部硬化層深度應達到桿部直徑的15~20%。從硬度分布來看，感應淬火的半軸表面硬化層(7mm~IOmm)為20CrMnTi滲碳淬火半軸(約 1.4mm)的 5 倍以上。SHAPE \* MERGEFORMAT SHAPE \* MERGEFORMAT 根據以上對半軸使用性能的要求和鋼中各合金元素強化作用的研究，添加Cr和B獲得優良的淬透性，與調質鋼相比，在相同工藝參數下，可以在后續的中頻感應淬火中穩定地獲得比調質鋼更大深度的馬氏體硬化層，顯著提高工程機械半軸的扭轉疲勞性能，并由于省略了調質工藝，能獲得穩定的產品質量并明顯地降低總成本。采用上述非調質鋼制備的工程機械半軸，所采用的感應淬火工藝參數為:加熱電流130A~180A，電壓300V~380V，頻率3000Hz~4500Hz，花鍵、光桿處本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種非調質鋼，其特征在于其化學成份范圍按重量百分比計為：C：0.35%～0.42%，Si：0.20%～0.40%，Mn：0.80%～1.50%，P：≤0.035%，S：0.005%～0.035%，Cr：0.40%～0.80%，V：0.08%～0.18%，B：0.0005%～0.0025%，其余為Fe和不可避免的雜質。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：王國安，蒙秋紅，鄧穎章，
申請(專利權)人：廣西柳工機械股份有限公司，
類型：發明
國別省市：