【文章內(nèi)容簡介】 度族元素，在周期表中位于鐵的左邊，可降低 A3 和 A1， 大量加入后甚至可以使 A3降到室溫以下，則鋼在室溫下仍具有奧氏體組織，可改變工析轉(zhuǎn)變溫度，降低 A1 點相對來說增加了過熱度，也就增大了奧氏體的形成速度，可使珠光體細化，有利于奧氏體形成，對加熱時奧氏體晶粒大小則有助。 可推遲珠光體相變，使 Ms 點降低，提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而降低淬火臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。 為了增大鋼的淬透性，全部淬透零件在高溫回火后可獲得高而均勻的綜合力學性能，特別是高的屈強比，顯著強化鐵素體，比在一定范圍內(nèi)還能提高鋼的韌性。 組織轉(zhuǎn)變及淬透性 40Cr 是調(diào)質(zhì) 鋼，用于制造在重載荷作用下同時又受沖擊載荷作用的一些重要零件，要求零件具有高強度、高韌性相結(jié)合的良好的綜合力學性能。抗拉強度和屈服強度比相應的碳鋼高約 20%，并有良好的淬透性，切削性好，冷變形時的塑性中等，斷面小于 50mm 時，油淬后有較高的疲勞強度。具有較高的強度和硬度，調(diào)質(zhì)后可獲得回火索氏體具有較高的強度、塑性、韌性、疲勞極限、斷裂韌度和較低的韌脆性轉(zhuǎn)折溫度，可以滿足工件使用的性能要求，少量合金元素的加入顯著增加了鋼的淬透性，一般采用油淬，油淬的臨界直徑是 30~40mm，適用制造較重的調(diào)質(zhì)件，如機床主軸、 汽車、拖拉機上的連桿、螺栓等。 調(diào)質(zhì)鋼在熱加工后，必須經(jīng)過預備熱處理降低硬度，以利于切削加工，預備熱處理還可以消除熱加工缺陷，改善組織為淬火做好準備。對合金含量較低的鋼，可采用正火或完全退火，對合金含量較高的鋼采用正火加高溫回火做預備熱處理。高溫回火可使正火處理得到的馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榱钪楣怏w。 最終熱處理為調(diào)質(zhì)，碳鋼淬火溫度為 Ac3+(30~50)℃ ，合金鋼 可適當提高淬火溫度，回火溫度為 500~650℃，具體回火溫度按硬度取，要求強度高的選下限。 合金調(diào)質(zhì)鋼有較大高溫回脆傾向，為防止高溫脆性發(fā)生，高 溫回火后要采用水冷或油冷，對于大鍛件體要采用合金化方法防止回脆。調(diào)質(zhì)鋼不一定都進行調(diào)質(zhì)處理，因為回火索氏體組織不能充分發(fā)揮碳提高鋼的強度方面的潛力，所以當零件以提高強度和疲勞強度為主要目的時，可采用淬火加低溫回火代替調(diào)質(zhì)。由于碳對過飽和 γ相得固溶強化作用、ε 的沉淀強化和馬氏體相變的冷作硬化使中碳回火馬氏體具有極高的強度。應用于航空航天結(jié)構(gòu)的低合金超高強度結(jié)構(gòu)鋼就是以調(diào)質(zhì)鋼為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。為改善低合金超高強度結(jié)構(gòu)鋼韌性，采用真空感應爐熔煉和電渣重溶減少鋼中氣體和有害雜質(zhì)含量。加入能抑制ε 溶解和 Fe3C 析出的合金元素 Si 等，提高回火穩(wěn)定性，將一類回火脆性的溫度提高。 低合金超高強度結(jié)構(gòu)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)淬火加低溫回火后，其韌性與碳的質(zhì)量分數(shù)有關(guān)。例如低合金高強度鋼當碳的質(zhì)量分數(shù)超過 %，雖然，隨著碳的質(zhì)量分數(shù)的增高強度持續(xù)增高，但鋼的韌性特別是斷裂韌度顯著下降。所以應合理控制碳質(zhì)量分數(shù)，以得到最佳強度與塑性的配合。 4. 拖拉機驅(qū)動軸生產(chǎn)工藝路線及分析 拖拉機驅(qū)動軸的選材 按照驅(qū)動軸對材料力學性能的要求，驅(qū)動軸常用材料是中碳鋼或中碳合金鋼，如 4 40Cr、 40MnB、 40CrMnMo 等。具體選用何種鋼號，應根據(jù)驅(qū)動軸承受負載的大小，驅(qū)動軸桿部的直徑和淬硬層深度的要求來確定。通常是輕型車、尺寸較小的驅(qū)動軸選用中碳鋼；重型車、尺寸較大和工作應力大的驅(qū)動軸選用淬透性和強韌性較好的合金鋼。對于主要承受扭轉(zhuǎn)載荷的軸類零件，鋼的淬透性以保證軸的直徑的 1/2 處能淬火為最佳。驅(qū)動軸材料依據(jù)其工作條件選用，中型重車選用 40Cr，重型載重車選用 40CrMnMo。拖拉機為中型重車，故選用 40Cr。 40Cr 熱處理工藝特性 (1)預備熱處理 調(diào)至鋼經(jīng)加熱后，必須 經(jīng)過預備熱處理來降低硬度，便于切削加工，消除熱加工時造成的組織缺陷。對于 40Cr 鋼而言可進行正火或退火處理。 (2)最終熱處理 調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火。一般可以采用較慢的冷卻速度淬火，可以用油淬避免熱處理缺陷。當強度較高時，采用較低的回火溫度，反之選用較高的回火溫度。 40Cr 拖拉機驅(qū)動軸工藝路線及熱處理方案分析 （ 1） 工藝路線為：鍛造→毛坯調(diào)質(zhì)→加工成形→ 248。90 圓柱面與花鍵兩處高頻淬火。 該工藝方案的優(yōu)點：工藝簡單，特別是調(diào)質(zhì)工藝，因為調(diào)質(zhì)后再進行機械加工，無須考慮氧化脫碳問題。 該工藝方案的缺點是：加工余量大，浪費材料，調(diào)質(zhì)效果不好。該種鋼油淬時臨界直徑大于 55mm（加上加工余量），根據(jù)該種鋼的端淬曲線可以推知，即使在表面也得不到半馬氏體區(qū)，實際上只能得到網(wǎng)狀鐵素體及細片狀珠光體組織?；ㄦI與錐度交界處恰好是花鍵高頻淬火的過渡區(qū)（熱影響區(qū)），此處的強度比未經(jīng)表面淬火的還差，而又是應力集中的危險斷面。 （ 2）工藝路線為：鍛造 ~荒車及鉆 248。23 孔（應留加工余量，以備擴孔成 248。23） →調(diào)質(zhì)→加工成形（包括擴 248。23）→ 248。90 圓柱面、錐度及花鍵部分高頻淬火。 該工藝方案的優(yōu)點是：克服了第一方案的調(diào)質(zhì)效果不良，以及錐度與花鍵交界危險斷面處恰好是高頻淬火熱影響處的弱點，其使用性能將比第一方案大為改善。 該方案的缺點是：加工余量大、浪費原材料；增加了加工工序和工序間周轉(zhuǎn)，延長了生產(chǎn)周期；對調(diào)質(zhì)工序加熱時氧化、脫碳的控制要求較嚴；高頻淬火時，在錐度根部 R3 圓角處需圓角淬火，為了避免有淬火過渡區(qū)，錐度與花鍵部分應連續(xù)淬火，但該兩部分尺寸及幾何形狀不同，故用同一感應圈淬火時，需改變高頻 淬火工藝參數(shù)（至少應改變工件升降速度）操作比較復雜，質(zhì)量不易穩(wěn)定。 在設(shè)備條件不變的情況下，第二種方案的生產(chǎn)周期比較長，生產(chǎn)成本較高。 （ 3）改整體結(jié)構(gòu)為組合結(jié)構(gòu)，即把整體分解為法蘭盤和花鍵軸，花鍵軸為通花鍵，與法蘭盤用花鍵連接。 工藝路線如下： 法蘭盤：鍛造 →調(diào)質(zhì)→加工成形（花鍵孔只加工內(nèi)孔，鍵槽未拉）→ 248。90 外圓高頻淬火→拉削花鍵孔。 花鍵軸：棒料鉆孔→調(diào)質(zhì)→加工成形→花鍵中頻淬火。 該工藝方案的優(yōu)點： 省料，再大量生產(chǎn)中花鍵軸可向鋼廠訂購管材；調(diào)質(zhì)效果要好，基本 上與該種鋼的臨界直徑相適應；感應加熱淬火工藝單一，操作方便、質(zhì)量穩(wěn)定，因為 248。90 外圓高頻淬火目的是提高耐磨性，其與法蘭盤連接處直徑大，應力小，故強度足夠?；ㄦI采用中頻加熱，淬硬層深度增加至 ～ 5mm，疲勞強度提高，經(jīng) 2500Hz中頻淬火并 200℃低溫回火，表面硬度為 53～ 55HRC，據(jù)測量齒的根部有 589～ 736N/mm178。的壓應力，由于是通花鍵，可以一次連續(xù)淬火，沒有過渡區(qū)。 該工藝方案的缺點是：增加了法蘭盤拉削內(nèi)花鍵孔的工藝，但省去了鍛造拔制錐度及花鍵部分直徑的工序，簡化了花鍵軸的加工。 試驗表明，采用第一種工藝方案時，由于強度比較低，當與行星架錐度緊配合比較好時，常在錐度部分與法蘭盤連接處發(fā)生剪切斷他過過渡區(qū)的材料剪切強度，驅(qū)動軸將在花鍵根部迅速剪切斷裂，壽命更低。 當按第三種方案處理時，與第一種方案處理的比較，疲勞壽命大幅度提高，條件疲勞極限扭矩提高至原來的 倍，極限應力幅提高至原來的 倍。田間試驗 500h 未發(fā)現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。 可以估計，采用第三種方案，制造成本提高不多，而壽命大幅度提高，總的經(jīng)濟效果是良好的。 熱處理工藝的確定 下料→鍛造→正火（預先熱處理）→粗加工→調(diào)制 → 248。90 圓柱面、錐度及花鍵部分高頻淬火 →回火→精加工→校正→檢驗。 工藝說明如下： （ 1） 驅(qū)動軸零件經(jīng)鍛造后（ 40Cr 鋼鍛造溫度始鍛溫度為 1100℃，終鍛溫度為 800℃）進行正火處理。 （ 2） 正火 為消除鍛后組織不均勻（帶狀組織）、經(jīng)理粗大和鍛造力，改善切削加工行，必須進行預先熱處理 —— 正火。其工藝是：加熱溫度為： 820～ 870℃。 工件經(jīng)加熱、保溫后冷卻，獲得均勻的細珠光體組織。正火后的硬度為 197～ 207HB，易于切削加工。 （ 3） 調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)是驅(qū)動軸機械加工后的最后熱處理。為達到要求性能，調(diào)質(zhì)工藝采用以下措施： ，淬火后再 1/4 直徑處硬度應大于 45HRC，淬火組織為半馬氏體。為此，應選擇較高的淬火加熱溫度，以提高淬透性。 （ 860177。 10）℃，保溫 80min。首先是桿部和花鍵部分先淬入 10%的 NaCl 水溶液中，水溫加熱到 50℃左右 ,待桿部和花鍵部分在熱 NaCl 水溶液中冷卻到本體降到 600℃左右時，立即由溶液中提出，再將工件整體投入油中冷卻，溫度為 60～ 80℃。這樣操作是盤部外圓 先不冷卻，待盤部外圓在空氣中降溫，桿部