摘 要:开发了３８MnVS非调质钢汽车半轴,研究了热锻后冷却速率对３８MnVS非调质钢半轴显微组织、力学性能的影响,并与４２CrMo调质钢半轴进行了对比,讨论了半轴疲劳寿命的主要影响因素.结果表明:通过热锻后风冷可减小３８MnVS非调质钢中铁素体尺寸和珠光体片层间距, 冲击韧性由空冷后的 １６．８４J提高到风冷后的 ４３．７４J;３８MnVS 非调质钢具有良好的淬透性; ３８MnVS非调质钢半轴的疲劳寿命可达到４２CrMo调质钢半轴的水平,并且通过减小花键模数、增 大花键齿根过渡圆角半径以及适当地增加硬化层深度可将３８MnVS非调质钢半轴的疲劳寿命提 高到３０万次以上,可以代替４２CrMo调质钢半轴.
关键词:半轴;非调质钢;淬透性;疲劳寿命;显微组织
中图分类号:U４６５．１ 文献标志码:A 文章编号:１０００Ｇ３７３８(２０１７)１１Ｇ００５３Ｇ０６
０ 引 言
非调质钢是在碳钢的基础上添加微量的钒、钛、 铌等合金元素,通过控锻控冷技术使碳氮化物弥散 析出而产生沉淀强化和细晶强化的一种钢[１Ｇ２].由 于简化了生产工艺,该钢具有节能、环保、成本低等 优点,并且加工出的零件具有精度高、尺寸效应小等 特点,同时可以避免长轴类零件的淬火变形、开裂等 问题,有利于提高产品的质量.因此,国内外汽车行 业的研究者正致力于把非调质钢应用于汽车锻件 中[３Ｇ４].半轴作为一种长轴类零件,是汽车的重要部 件,起到传递扭矩的作用,需要具有较高的强韧性和 良好的疲劳性能.传统汽车半轴材料通常采用中碳 钢或中碳合金钢,并通过调质处理来保证其性能[５Ｇ６].非调质钢汽车半轴的开发难度较大,特别是有关乘用 车非调质钢半轴的研制并不多见,这是由于半轴花键 及过渡区的锻造比较小,容易产生晶粒粗大的现象, 从而能造成该处的强韧性降低,因此有必要对非调质 钢汽车半轴的生产工艺及性能进行研究.
为此,作者开发一种３８MnVS非调质钢全浮式 汽 车 半 轴 来 代 替 原 ４２CrMo 调 质 钢 半 轴,对 ３８MnVS非调质钢半轴的显微组织和力学性能进 行了研究,并与４２CrMo调质钢进行了对比,同时讨 论了影响汽车半轴疲劳寿命的因素.
１ 试样制备与试验方法
１．１ 试样制备
试验用原材料为某钢厂生 产 的 ４２CrMo商 业 用钢和南钢生产的?３２．５ mm 的３８MnVS非调质 钢,其化学成分见表１.３８MnVS非调质钢的生产 流程为:高炉 冶 炼 → 铁 液 预 处 理 → 电 炉 冶 炼 → 二 次精炼→连铸(铸坯规格３２０mm×４８０mm)→开 坯(规格为１５０ mm×１５０ mm)→轧钢(控 轧 钢 棒 ?３２．５mm )→成品(控冷).
试制半轴的形状及尺寸如图１所示,主要包括 法兰盘、杆部、花键３个部分,其中法兰盘和花键经 热锻成型.非调质钢半轴的生产工艺流程为:下料 →热锻＋控冷(风冷、空冷)→机械加工→中频感应 淬火＋回火→成品.热锻的加热温度为１２００ ℃, 终锻温度约１０７０ ℃,采用 ThermoＧCalc热力学软 件 TCFE３数据库测得试验钢中钒的完全固溶温度 为１１１６ ℃,因此所设加热温度可以保证钒的固溶 量以及析出强化效果,同时控制高温段的停留时间, 以防组织粗化和力学性能下降.锻后冷却分为单件 风冷(冷却速率２．４~３ ℃·s－１)至６００ ℃后空冷和 单件空冷(冷却速率１．６~１．８ ℃·s－１)两种工艺,比 较不同 冷 却 速 率 对 其 组 织 和 性 能 的 影 响. 采 用 BHVＧ１０００．１×２．２ＧZ．SG 型立式中频感应淬火机床 进行连续感应加热淬火,机床功率为９０~１０２kW, 电流频率为８．８~９．６kHz,淬火加热温度为９００℃, 感应线圈的移动速度为３００~４６０mm·min－１,冷却 液为１０~４０℃的体积分数１０％AQ２５１淬火液,通过 调节感应淬火的参数来控制硬化层深度.感应淬火 后在４h内进行２００℃×２h回火.
