CN107435124A - 高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢及其制备方法，属于粉末冶金技术领域，由如下质量百分比的原料组成，C 1.8%；Si 0.5%；Mn 0.25%；S 0.015%；P 0.025%；Cr 2.5%；Mo 1.25%；V 0.8%；Nb 0.16%；RE 0.05%；Ni 0.12%；W 0.30%；其余为Fe和杂质。本发明可替代Cr12MoV、D2钢类等冷作模具钢，提高模具韧性和耐磨性，使用寿命大大提高，从而降低使用成本，扩大使用范围，可有效解决大冲击载荷、工作速度高、高精度长寿命等特殊使用环境下韧性差崩刃或断裂、不耐磨等问题。满足了多种高承载、高转速场合的使用需求。

Description

高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢及其制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种齿轮钢及其制备方法，特别是涉及一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢及其制备方法。
背景技术
中国齿轮工业在“十五”期间得到了快速发展：2005年齿轮行业的年产值由2000年的240亿元增加到683亿元，年复合增长率23.27%，已成为中国机械基础件中规模最大的行业。就市场需求与生产规模而言，中国齿轮行业在全球排名已超过意大利，居世界第四位。
齿轮及其齿轮产品是机械装备的重要基础件，绝大部分机械成套设备的主要传动部件都是齿轮传动。随着国民经济的高速发展，全行业年销售总额已突破千亿元，形成了企业多元并存、共同发展的行业格局。其中，龙头企业、骨干企业已成为推动行业管理水平、产品技术质量水平和自主创新能力提升的重要力量，为把我国从齿轮制造大国建设成为齿轮制造强国做出了突出贡献。
根据(中国齿轮行业产销需求预测与转型升级分析报告)显示中国齿轮传动行业在“十一五”期间得到了快速发展，2005-2010年中国齿轮行业的工业总产值逐年增加，且同比增幅均在20%以上。2010年整个齿轮产业实现工业总产值946.35亿元，齿轮全行业市场需求超过1400亿元，世界排名第二。从规模和销售额等各方面因素来看，齿轮产业已然成为中国机械通用零部件基础件领域的“领军”级行业。中国已经成为名副其实的世界齿轮制造大国。
D2 钢是一种高碳高铬莱氏体型冷作模具钢，空冷即可淬硬。它是美国ASTMA681-94《合金工具钢技术条件》中的一个钢号，1985 年已纳入我国标准GB 1299-85《合金工具钢技术条件》，但D2 钢内的Mo 和V 的含量比Crl2MoV 钢高一倍以上。因此，GB1299-85中引进D2 钢时，按我国钢号表示法定为Cr12Mo1V1。D2 钢是一种国际通用型的冷作模具钢，几乎所有发达工业国家都将它纳入了自己的国家标准，如：英国BS4659 中的BD2 钢；日本JIS4404 中的SKD11 钢；德国DIN17350 中的X155CrVMo12l 钢；法国A35-580 中的Z160CDV12 钢。其特点是：含碳量高，合金元素多，钢中存在大量的碳化物，脆性大，变形抗力大，锻造和热轧时温度范围较窄，热机械加工性能差且脱碳趋向大。但成材后用它制造的模具具有高硬度、中等韧性和优良的抗变形性能，故使用寿命长，自问世以来一直深受国外各冷作模具厂家所青睐。D2 钢易出现碳化物偏析严重，导致方向性变形和韧性较低，高应力处容易出现微小缺口，热处理后易发生断裂的情况。
发明内容
本发明针对本发明为了解决现有D2 冷作模具钢易发生碳化物偏析严重导致韧性较低出现微小缺口且发生断裂的问题，提供一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢及其制备方法。
本发明的技术方案是：一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢及其制备方法，其特征在于：由如下质量百分比的原料组成，C 1.8% ；Si 0.5% ；Mn 0.25% ；S 0.015% ；P0.025% ；Cr 2.5% ；Mo 1.25% ；V 0.8% ；Nb 0.16% ；RE 0.05% ；Ni 0.12% ；W 0.30% ；其余为Fe 和杂质。
一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢及其制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将废钢原料加入电弧炉内熔炼，熔炼温度为1300℃，熔炼过程中加入原料和脱氧剂，随后通过钢包精炼炉和真空脱气炉进行二次精炼；
(2)将钢锭模预热到320℃，浇铸温度为1400℃，保温后脱模保温缓冷后出炉；
(3)将钢锭作为自耗电极放入电渣重熔装置中进行二次精炼，降低气体和夹杂物含量，获得成分均匀、组织致密、质量高的铸锭；
(4)铸锭预热温度720℃，加热温度为1000℃，始锻温度为1020 ℃，终锻温度为800℃，锻比为5，得到锻钢件；
(5)锻钢件在 800℃保温2 h，随后炉冷至700℃等温4h 后，炉冷至500℃以下出炉空冷；
(6)接着缓慢升温到700℃，保温45min 后进行第一次预热，均温后升至900℃，再保温20min 进行第二次预热，最后升温到1000℃，保温30min，出炉空冷；最后在200℃保温2h 进行回火。
所述齿轮的模数m=5、齿数Z=36。
所述齿轮成型后先做表面弱渗碳气氛渗碳处理，然后做表面淬火处理。
所述齿轮在淬火处理完成后需要用正火，并用720℃进行高温回火处理。
所述齿轮在完成热处理后需要采用研磨处理。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢及其制备方法，组分新颖，制作过程合理清晰，本发明综合性能优良，可替代Cr12MoV、D2 钢类等冷作模具钢，提高模具韧性和耐磨性，使用寿命大大提高，从而降低使用成本，扩大使用范围，可有效解决大冲击载荷、工作速度高、高精度长寿命等特殊使用环境下韧性差崩刃或断裂、不耐磨等问题。为了提高齿轮的表面硬度，齿轮成型后进行表面渗碳处理，渗碳完成后进行表面淬火处理，提高了轮齿的硬度和轮齿的表面强度，减少了齿面的磨损，通过正火和回火处理，提升了齿轮的内部力学性能，其韧性和疲劳强度得到了大幅度的提升，整个热处理完成后，还采用了研磨处理，提高了表面的力学性能，尤其是钝化了表面的应力，齿轮的使用寿命得到了大幅度的提高，满足了多种高承载、高转速场合的使用需求。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明：
一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢及其制备方法，由如下质量百分比的原料组成，C 1.8% ；Si 0.5% ；Mn 0.25% ；S 0.015% ；P 0.025% ；Cr 2.5% ；Mo 1.25% ；V 0.8% ；Nb 0.16% ；RE 0.05% ；Ni 0.12% ；W 0.30% ；其余为Fe 和杂质。
一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢及其制备方法，包括如下步骤：
(1)将废钢原料加入电弧炉内熔炼，熔炼温度为1300℃，熔炼过程中加入原料和脱氧剂，随后通过钢包精炼炉和真空脱气炉进行二次精炼；
(2)将钢锭模预热到320℃，浇铸温度为1400℃，保温后脱模保温缓冷后出炉；
(3)将钢锭作为自耗电极放入电渣重熔装置中进行二次精炼，降低气体和夹杂物含量，获得成分均匀、组织致密、质量高的铸锭；
(4)铸锭预热温度720℃，加热温度为1000℃，始锻温度为1020 ℃，终锻温度为800℃，锻比为5，得到锻钢件；
(5)锻钢件在 800℃保温2 h，随后炉冷至700℃等温4h 后，炉冷至500℃以下出炉空冷；
(6)接着缓慢升温到700℃，保温45min 后进行第一次预热，均温后升至900℃，再保温20min 进行第二次预热，最后升温到1000℃，保温30min，出炉空冷；最后在200℃保温2h 进行回火。
一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢制备方法制得的齿轮，齿轮的模数m=5、齿数Z=36；齿轮成型后先做表面弱渗碳气氛渗碳处理，然后做表面淬火处理；齿轮在淬火处理完成后需要用正火，并用720℃进行高温回火处理；齿轮在完成热处理后需要采用研磨处理。
本发明组分新颖，制作过程合理清晰，本发明综合性能优良，可替代Cr12MoV、D2钢类等冷作模具钢，提高模具韧性和耐磨性，使用寿命大大提高，从而降低使用成本，扩大使用范围，可有效解决大冲击载荷、工作速度高、高精度长寿命等特殊使用环境下韧性差崩刃或断裂、不耐磨等问题。为了提高齿轮的表面硬度，齿轮成型后进行表面渗碳处理，渗碳完成后进行表面淬火处理，提高了轮齿的硬度和轮齿的表面强度，减少了齿面的磨损，通过正火和回火处理，提升了齿轮的内部力学性能，其韧性和疲劳强度得到了大幅度的提升，整个热处理完成后，还采用了研磨处理，提高了表面的力学性能，尤其是钝化了表面的应力，齿轮的使用寿命得到了大幅度的提高，满足了多种高承载、高转速场合的使用需求。

Claims (6)

1.一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢及其制备方法，其特征在于：由如下质量百分比的原料组成，C 1.8% ；Si 0.5% ；Mn 0.25% ；S 0.015% ；P 0.025% ；Cr 2.5% ；Mo1.25% ；V 0.8% ；Nb 0.16% ；RE 0.05% ；Ni 0.12% ；W 0.30% ；其余为Fe 和杂质。
2.一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢及其制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将废钢原料加入电弧炉内熔炼，熔炼温度为1300℃，熔炼过程中加入原料和脱氧剂，随后通过钢包精炼炉和真空脱气炉进行二次精炼；
(2)将钢锭模预热到320℃，浇铸温度为1400℃，保温后脱模保温缓冷后出炉；
(3)将钢锭作为自耗电极放入电渣重熔装置中进行二次精炼，降低气体和夹杂物含量，获得成分均匀、组织致密、质量高的铸锭；
(4)铸锭预热温度720℃，加热温度为1000℃，始锻温度为1020 ℃，终锻温度为800℃，锻比为5，得到锻钢件；
(5)锻钢件在 800℃保温2 h，随后炉冷至700℃等温4h 后，炉冷至500℃以下出炉空冷；
(6)接着缓慢升温到700℃，保温45min 后进行第一次预热，均温后升至900℃，再保温20min 进行第二次预热，最后升温到1000℃，保温30min，出炉空冷；最后在200℃保温2h 进行回火。
3.权利要求2 所述的一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢制备方法制得的齿轮，其特征在于：所述齿轮的模数m=5、齿数Z=36。
4.权利要求2所述的一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢制备方法制得的齿轮，其特征在于：所述齿轮成型后先做表面弱渗碳气氛渗碳处理，然后做表面淬火处理。
5.权利要求2所述的一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢制备方法制得的齿轮，其特征在于：所述齿轮在淬火处理完成后需要用正火，并用720℃进行高温回火处理。
6.权利要求2所述的一种高硬度高耐磨性高钨莱氏体齿轮钢制备方法制得的齿轮，其特征在于：所述齿轮在完成热处理后需要采用研磨处理。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112382354A (zh) * 2020-11-27 2021-02-19 北京京航计算通讯研究所 一种Cr12MoV材料硬度预测方法及装置
CN114939664A (zh) * 2022-05-26 2022-08-26 南通新思迪机电有限公司 一种高强度耐磨型齿轮加工工艺

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