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20MnCr5 齿轮钢连续冷却过程中的组织变化 齿轮是汽车上重要的传动部件,其质量直接影响汽车的安全和噪声。由于齿轮工作中要不断承受交变载荷、冲击载荷等,因此要求其具有良好的强韧性、耐磨性、弯曲疲劳、耐接触性等性能。而齿轮质量的好坏在很大程度上取决于齿轮材料及其热处理工艺。 随着我国汽车工业的发展,国内引进钢的品种和数量明显增加,其中包括20MnCr5钢在内的 Mn-Cr系合金渗碳齿轮钢。从德国引进的20MnCr5渗碳齿轮钢是引进钢种中成分和淬透性带指标要求较严的钢种,现已有部分资料对其冶炼工艺和质量控制进行了深入研究,但对其后续的轧制及热处理工艺研究却甚少。由于热处理工艺在齿轮的制造过程中起着承接作用,经热处理后的零件切削性能将影响后续的机加工工序,而表面硬度、心部韧性和塑性也影响后续渗碳工序,因此热处理工序至关重要。上海隆继本文利用淬火膨胀仪,通过控冷工艺获得了20MnCr5钢显微组织的变化规律,并绘制了其过冷奥氏体连续转变曲线(CCT曲线) ,为现场生产提供理论依据。
试验材料及方法 试验钢材料为20MnCr5钢棒材,其主要的化学成分见表1。轧后钢被机加工成4 mm x 10 mm的实心标准试样。 
采用 DIL805L热膨胀仪在真空状态下,根据YB/T 5127——1993《钢的临界点测定方法(膨胀法)》测定钢的临界点Ac 、Ac 、Ar、Ar,和 Ms。以10 ℃/s的加热速率升温到奥氏体化温度925℃,保温10 min。然后分别以0.1,0.3,0.5、1、1.5、2,3、5、10、20、40,60和100 ℃/s的不同冷速将试样冷却至室温,记录下时间-温度-膨胀量曲线。冷却后试样经磨抛,用4%的硝酸酒精腐蚀。采用Zeiss A1m光学显微镜观察试样的显微组织,并利用维氏硬度计测得硬度值,加载砝码1 kg。结合组织和维氏硬度结果,采用切线法得到不同冷速下各相变起始温度和终止温度,在时间-温度坐标中绘制出20MnCr5钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT)。 
CCT曲线 本试验测得20MnCr5 钢的临界点分别为:Ac，=746℃ , Ac, =813 ℃ , Ar,=672℃ , Ar,=754 ℃, Ms =370 ℃。各相转变温度见表2。将相变点在温度-时间对数坐标上标出,并用光滑曲线将相同物理意义的点连接起来,由此得到20MnCr5钢过冷奥氏体连续冷却转变的曲线,如图3。 
cCT曲线显示,20MnCr5钢的连续冷却经过了4个相变区,即高温铁素体珠光体转变区,中温贝氏体转变区和低温马氏体转变区。且各转变区间互不干涉，转变独立进行。分析认为,20MnCr5钢中含有较多的Cr , Mn ,它们分别为中、弱碳化物形成元素,溶入奥氏体中,均能提高过冷奥氏体的稳定性,延长相变孕育期,推迟珠光体和贝氏体转变,并且使珠光体转变部分移向高温,贝氏体转变部分移向低温,从而使得珠光体转变和贝氏体转变分开进行。 随着冷速增大,钢的硬度也不断升高,如图4。冷速小于20 ℃/s时,硬度随冷速增大而显著提高,特别是在0.5 ~1.o ℃/s间硬度值陡升。由显微组织可知 ,0.5 ~1.0 ℃/s间钢中发生B、M转变,并且B＋M含量逐渐增加。具有体心四方结构的马氏体强度远大于体心立方晶格的铁素体,而扩散型加切变型形成的贝氏体强度也高于珠光体,因此钢的硬度随冷速的增加而快速升高。而后贝氏体的含量逐渐减少直至消失,马氏体的数量不断增多,导致硬度值也缓慢增加，在100 ℃/s时达到最高值。此时钢的硬度和强度最高,但韧性稍差。 
由试验可知,本试验的齿轮用钢连续冷却转变极易获得贝氏体组织,且转变区间较宽,而马氏体的临界冷速较高,故要想获得高淬透性的全板条伏马氏体组织,则需采用超快冷的冷却方式。实际生产中可参考此CCT曲线选择合适的轧制工艺,来获得理想的组织和性能。 供应离合器用弹簧钢带，65Mn、50#、60Si2Mn、50CrVA、T8A、SK5（8500） 淬火用65Mn、50#、60#、40Mn 、T8A、T10A,冷轧钢带 刀片，汽车喇叭用冷轧钢带，65Mn、50#、60# 供应65Mn,SK5,T8A,60Si2Mn 冷轧钢带 带锯用钢带带钢，65Mn、50#、60Si2Mn、50CrVA、T8A、SK5 热处理弹簧钢带,65Mn、50#、60Si2Mn、60#、SK5 瑞典SS标准,碳素结构钢:1211 1225 1226 1232 1233 1234 1250 1265 1300 1310 1311 1312 1313 1330 1331 1332 1350 1357 1370 1410 1411 1412 1413 1414 1421 1422 1423 1424 1430 1431 1432 1434 1435 1450 1500 1510 1550 1550 1572 1600 1650 1655 1660 1665 1672 1674 1678 合金结构钢:2085 2090 2101 2102 2103 2106 2107 2108 2110 2112 2114 2116 2117 2120 2121 2122 2127 2128 2130 2131 2132 2134 2135 2142 2143 2144 2145 2165 2168 2172 2173 2174 2203 2216 2218 2225??2228 2230 2231 2233 2243 2240 2244 2245 2253 2254 2258 2506 2511 2512 2520 2523 2530 2532 2534??2536 2541 2316 2615 2624 2625 2632 2634 2642 2644 2652 2654 2662 2664 2942 2940…… 弹簧钢: 1770 1774 1778……. 易切削钢: 1912 1214 1922 1926 1940 1957 1973……..
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