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        SNCM420H-K齒輪滲碳直接淬火工藝

        2015-11-16 06:05:18王孟孫世超李炎王忠
        金屬加工(熱加工) 2015年19期
        關(guān)鍵詞:變形工藝

        ■王孟,孫世超,李炎,王忠

        SNCM420H為日本牌號滲碳鋼,屬于Cr-Mo系列的高級齒輪用鋼,大量使用在重載齒輪中。該鋼屬于窄帶高淬透性鋼,滲碳后變形較小,表面硬度高,耐磨性好,使用壽命長。目前,該種材料滲碳基本采用滲碳+兩次淬火工藝,我公司通過大量工藝試驗,在保證使用性能的前提下成功實現(xiàn)了SNCM420H-K齒輪的滲碳直接淬火。

        依據(jù)我國鋼號命名規(guī)則,可將該鋼命名為22Cr Ni2Mo Nb H,屬于保證淬透性鋼,其化學(xué)成分標(biāo)準如表1所示。SNCM420H-K含有較高的Mn、Cr、Ni、Mo,4種合金元素的加入可提高該材料的淬透性、心部的強度,降低低溫脆性;并且SNCM420H-K添加了微量元素Nb,Nb能與N、C結(jié)合,形成氮化物、碳化物,可顯著提高再結(jié)晶溫度,阻止奧氏體晶粒的長大,從而細化晶粒,改善材料的性能,使?jié)B碳直接淬火成為可能。

        據(jù)文獻,含Nb的20Cr Ni2Mo鋼,在880℃、900℃、920℃下保溫1h再淬水后的奧氏體晶粒度沒有明顯變化;在940℃、960℃下保溫1h再淬水后的奧氏體晶粒有較為明顯的長大;在920℃保溫10h后晶粒沒有發(fā)生明顯的長大,晶粒度為8~9級,由此確定含Nb的20Cr Ni2Mo鋼的滲碳溫度為920℃,由于SNCM420H-K與含Nb的20CrNi2Mo化學(xué)成分相近,因此選擇920 ℃作為SNCM420H-K鋼的滲碳溫度。

        表1 SNCM420H-K化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)) (%)

        表2 試驗用SNCM420H-K化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)) (%)

        1. 齒輪滲碳兩次淬火工藝

        SNCM420H-K鋼選φ200mm圓鋼,實測化學(xué)成分見表2,齒輪如圖1所示。滲碳要求:節(jié)圓處硬化層要求2.4~3.0mm,齒根處硬化層深度≥1.5mm,心部硬度269~352HBW,馬氏體、殘留奧氏體1~4級,碳化物1~4級,表面硬度60~64 HRC,晶粒度≤7級。該齒輪生產(chǎn)工藝:下料→鍛造→正火→粗車→精車→滾齒→滲碳→淬火→高溫回火→車螺紋→二次淬火→低溫回火→磨端面→磨齒,滲碳兩次淬火工藝曲線如圖2所示。

        完成低溫回火工序后剖切檢驗齒輪。金相組織如圖3 所示,齒輪滲碳區(qū)組織為:回火馬氏體+殘留奧氏體1級,少量碳化物1級,晶粒度9級。心部組織為:回火索氏體+少量鐵素體,晶粒度8級;心部硬度278~339HBW,滿足工藝要求。

        圖1 齒輪示意

        低溫回火后檢測齒輪軸的徑向圓跳動值,并與滲碳前進行對比,得出二次淬火后的變形量(見表3),平均變形量約漲大0.044mm,淬火后漲大變形增加了后工序磨齒的磨削量。

        圖2 SNCM420H-K齒輪滲碳兩次淬火工藝曲線

        2. 滲碳直接淬火工藝

        工藝路線調(diào)整為:下料→鍛造→正火→粗車→精車→滾齒→車螺紋→滲碳→淬火→低溫回火→磨端面→磨齒,滲碳直接淬火工藝曲線如圖4所示。

        完成低溫回火工序后,剖檢滲碳直接淬火齒輪,金相組織如圖5所示。滲碳區(qū)組織:回火馬氏體+殘留奧氏體1級+碳化物2級,晶粒度9級。心部:回火索氏體+少量鐵素體,晶粒度9級,心部硬度297~373HBW。將滲碳直接淬火齒輪與兩次淬火齒輪的金相組織對比可看出,兩者基本相當(dāng),心部硬度稍有提高。由此可判斷,滲碳直接淬火對SNCM420H-K鋼滲碳組織影響不大,可使用滲碳直接淬火工藝取代滲碳兩次淬火。

        低溫回火后檢測齒輪的徑向圓跳動值,并與滲碳前進行對比,得出滲碳直接淬火變形量如表3所示,平均變形量約漲大0.03mm,較滲碳兩次淬火工藝變形量減小0.014mm,齒輪變形減小32%,畸變率大大減小。因此,減去一次淬火過程能夠有效減小淬火變形,減小了后續(xù)磨削量,降低生產(chǎn)成本,并且取消一次淬火工序,也節(jié)約了能源。

        3. 結(jié)語

        SNCM420H-K鋼滲碳直接淬火組織與傳統(tǒng)滲碳兩次淬火工藝組織基本相當(dāng),但減少一次淬火工序可較大地減小齒輪軸的變形量,減小磨削量,節(jié)約能耗,降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率。

        圖 3

        圖4 SNCM420H-K齒輪滲碳直接淬火工藝曲線

        圖 5

        表3 SNCM420H-K齒輪、齒輪軸滲碳直接淬火變形量 (mm)

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