摘 要:為了研究磨面位置對20CrMnTiH 鋼末端淬透性的影響,對20CrMnTiH 鋼試樣不同磨 面的硬度進行測試,采用光學顯微鏡及掃描電鏡觀察其顯微組織,并用紅外碳硫分析儀及直讀光譜 儀對其化學成分進行分析。結果表明:20CrMnTiH 鋼試樣外圍磨面的硬度有較大差異,精確標識 磨面位置對鋼的末端淬透性測定結果的準確性非常關鍵;顯微組織的不同是導致試樣硬度差異大 的直接原因,而化學成分的不均勻性是硬度差異大的根本原因。

關鍵詞:20CrMnTiH 鋼;淬透性;硬度;顯微組織

中圖分類號:TG142.1 文獻標志碼:A 文章編號:1001-4012(2022)04-0033-04

20CrMnTiH 鋼具有良好的可鍛性、切削加工 性以及焊接性能,主要用于制造各種重型汽車、挖掘 機、吊車等機械的傳動齒輪。淬透性是衡量齒輪鋼 質(zhì)量的重要參數(shù),影響著齒輪熱處理后變形量的大 小[1-2]。在一定的奧氏體化條件下,淬透性取決于鋼 的碳含量和合金化程度[3]。通常依據(jù) GB/T225— 2006《鋼 淬透性的末端淬火試驗方法(Jominy 試 驗)》檢 驗 鋼 的 未 端 淬 透 性。 筆 者 對 影 響 20CrMnTiH 鋼末端淬透性的主要因素進行研究, 分析磨面位置對 20CrMnTiH 鋼末端淬透 性 的 影 響,采用光學顯微鏡(OM)及掃描電鏡(SEM)觀察 其顯微組織,并用紅外碳硫分析儀及直讀光譜儀對 其化學成分進行分析。

1 末端淬透性測定的影響因素分析

影響鋼材淬透性的主要因素包括鋼材的化學成 分、晶粒度、原始組織、取樣部位、熱處理、磨面位置等。

化學 成 分 對 鋼 的 淬 透 性 起 著 決 定 性 作 用。 20CrMnTiH 鋼的主要成分為碳、硅、鉻、錳、鈦等元 素,這些元素都能影響其淬透性,其中碳元素的影響 最大,合金元素是次要影響因素,大多數(shù)合金元素溶 入奧氏體后,增大了奧氏體的穩(wěn)定性,降低了臨界冷 卻速率,提高了鋼的淬透性。

熱處理工藝的規(guī)范性對檢驗結果有著較大的影 響[4-5],要嚴格按照標準對馬弗爐進行定期校準,在 熱處理過程中用套筒對其進行保護。楊順虎等[6]對 40MnBH 鋼的末端淬透性進行研究,發(fā)現(xiàn)試樣的直徑和長度、淬火裝置的噴水高度、淬火的水溫都對檢 驗結果造成(1~2)HRC的偏差。李堯等[7]研究發(fā) 現(xiàn)奧氏體的晶粒度對淬透性有明顯影響,晶粒越大 則組織中馬氏體的含量越高,因而硬度越高。

GB/T225—2006標準對坯料的制取有明確規(guī) 定,磨面的位置應按照標準準確標識,并采用機械方 法進行標記,以確保在加工及熱處理過程中標識始 終存在,否則會導致結果差異性較大,測試結果不具 有代表性。

2 試驗材料與方法

試驗材料為20CrMnTiH 鋼,其生產(chǎn)工藝為:鐵 水及廢鋼→120t轉(zhuǎn)爐冶煉→LF(鋼包精煉爐)爐外 精煉→RH(真空循環(huán)脫氣精煉爐)真空脫氣→連鑄 → 軋 制。 選 取 3 種 中 等 規(guī) 格 的 軋 材 (?90~?115mm),每種規(guī)格的軋材都從冶煉、軋制 工藝相同的同一批次中取7個試樣,并在保持其他 試驗條件一致的情況下,研究磨面位置對末端淬透 性的影響。取樣位置及磨面位置如圖1所示,在標準規(guī)定 的 磨 面 位 置 (A,B)處 加 工 測 試 面,采 用 ERNSTTWIN-X 型全自動硬度計測試其硬度,將 與(A,B)磨面成90°的兩個面(C,D)以及成45°的 兩個面(E,F)加工測試面并測試其硬度。硬度測 試完成后,采用 ZEISSAxioLab.A1型光學顯微鏡 及ZEISSEVO10型掃描電鏡對各檢測面進行顯微 組織觀察,采用直讀光譜儀及紅外碳硫分析儀對軋 材的成分進行檢驗。

3 試驗結果與分析

3.1 不同磨面的硬度

對20CrMnTiH 鋼進行端淬試驗后,對6個磨 面部位 進 行 硬 度 測 試。20CrMnTiH 鋼 試 樣 的 硬 度、均值及硬度差分布如圖2所示。由圖2a)可知, 不同批次試樣的硬度均值略有不同,J9和J15的硬 度變化規(guī)律一致,不同批次試樣的硬度波動較大。 由圖2b)可知,(A,B)磨面的J9硬度平均值最高, 其次是(E,F)磨面的,而(C,D)磨面的硬度平均值 最低。由圖2c)可知,(A,B)磨面的硬度比較接近, (C,D)磨面的硬度相差最大,外圍6個磨面的硬度 差普遍偏大,說明試樣的外圍硬度均勻性較差。以 ?100mm 的棒材為例具體說明,(A,B)兩個磨面的 J9硬度差值平均為1.4 HRC,最大相差3.8 HRC, 而(C,D)磨面的硬度差值平均為3.7HRC,最大相 差},磨面(E,F)的硬度差值平均為2.8HRC,最大 相差4.8HRC。從磨面位置看,磨面(A,B)接近鋼 的2/5半徑處,且與中心的距離基本一致,磨面(C, D)相當于鋼的1/5及3/5半徑處,一側靠近表面, 另一側靠近中心,因此準確標識磨面位置對于鋼的 末端淬透性測定結果的準確性非常關鍵。