论文部分内容阅读
渗碳温度是影响渗碳效率的主要因素,齿轮渗碳温度从930℃提高到1000℃,可缩短渗碳时间50%以上,但常规齿轮钢高温渗碳时奥氏体晶粒长大,会极大降低疲劳性能。本研究在20CrMn和20CrMnTi中加入一定量的Al,A1作为强铁素体稳定元素,能够提高合金的完全奥氏体化温度,当渗碳温度提高至930℃-1200℃时依然有少量的铁素体和奥氏体两相共存,提出利用稳定的铁素体在奥氏体晶界处抑制奥氏体晶粒的长大,替代齿轮钢中依赖微合金碳氮化物质点钉扎位错或晶界抑制奥氏体长大机制,从而避免高温渗碳中因为碳氮化物溶解而导致晶粒长大,有效实现齿轮钢心部组织晶粒细化。论文主要研究内容如下:(1)通过Thermo-Calc计算,Al对提高Ae1和Ae3温度的影响,为实现高温下能够处于铁素体加奥氏体两相区的改进齿轮钢的合金设计提供理论依据。(2)研究20CrMn-Al钢880℃和930℃保温5小时和10小时的伪渗碳工艺条件下的组织演化及晶粒细化,在930℃保温最终完全奥氏体化并淬火形成全马氏体的钢进行力学性能研究,其晶粒尺寸和力学性能均达到850℃渗碳热处理的常规20CrMn钢的条件。(3)研究20CrMnTi-Al钢中添加1%的Al元素时,在930℃、990℃、1050℃分别保温2小时、5小时伪渗碳处理工艺下,临界区热处理的组织演化及晶粒长大行为。其在930℃和990℃保温时,因两相共存,其晶粒尺寸远小于常规20CrMnTi钢;而在1050℃保温时,已全奥氏体化,其全奥氏体化后细化晶粒主要依靠微合金碳化物TiC钉扎晶界,随着TiC的溶解,对晶界的钉扎作用消失,奥氏体晶粒迅速长大粗化,其晶粒尺寸与常规20CrMnTi钢相当。(4)研究 20CrMnTi-2Al 钢中添加 2%的 A1 元素时,在 930℃、990℃、1050℃分别保温2小时、5小时伪渗碳处理工艺下,临界区热处理的组织演化及晶粒长大行为。因较高Al的添加,其始终处于临界区,铁素体相以相界面的形式比微合金碳氮化物以点的形式钉扎晶界细化晶粒效果更显著,其晶粒尺寸远远小于常规20CrMnTi钢。(5)研究20CrMnTi-2Al钢从1050℃冷却至930℃的奥氏体—铁素体过程中的TiC析出行为,该连续冷却过程中主要为沿着移动的奥氏体与铁素体相界面的相间析出,而在930℃保温20分钟过程中TiC会在晶界、铁素体和奥氏体的晶粒内析出。研究在该伪渗碳处理后1200℃模拟一次淬火过程的组织演化,其在1200℃保温0.5～5小时均没有实现完全奥氏体化,少量铁素体始终存,存在的铁素体能够很好的抑制奥氏体晶粒的长大,1200℃保温5小时奥氏体晶粒平均尺寸仍小于100μm,对比常规微合金钢晶粒细化5倍以上。