[发明专利]一种40NiCrMo7优化材料轴齿轮锻件及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过添加微合元素V、Ti以及对主控元素的调整来优化40NiCrMo7的化学成分，并通过制定特殊的锻造工艺方法及特殊的热处理工艺方法，从而达到获得高性能锻钢件，属锻钢件制造领域。

背景技术

40NiCrMo7材质的特点：从机械性能要求可以看出，该材质要求锻件不仅要有高的强度性能，而且要求在低温下有较高的冲击性能。并且要保证齿面到齿根120mm(见图1)范围布氏硬度要达到HB300-360。

该轴齿轮的国外牌号为40NiCrMo7(见表1)，与我国的40CrNiMo牌号成分相近。40NiCrMo7和40CrNiMo机械性能见表2。

表140NiCrMo7和40CrNiMo成分

根据GB/T3077标准的规定，40CrNiMo的化学成分在调质状态下的25mm试样所能达到的力学性能如下：

R_eH≥835MPa，R_m≥900MPa，A₅≥12％，A_kv(20℃)≥78J

根据该锻件测试要求，必须保证锻件热处理淬火时的淬透性，同时由于冲击试验温度要求在-40℃低温下进行，这就对锻件的韧性提出了更高的要求，从温度对冲击值的影响(图2)可以看出，当温度降至脆性转变温度以下时，其冲击值往往降至很低的数值，我们按40NiCrMo7的化学成分进行试验，从我们实际的试验数据可以看出，按40NiCrMo7的化学成分所能达到的-40℃冲击值在20～26J之间，齿面到齿根120mm范围硬度值在HB259-271。

其不足之处：根据材质要求我们对3组试样进行化学成分和力学性能的试验分析，其中：

C：0.371～0.428％，Si：0.192～0.358％，Mn：0.511～0.769％，P≤0.018％，S≤0.012％，Cr：0.724～0.836％，Ni：1.655～1.814％；Mo：0.211～0.247％。

抗拉强度R_m分布在970～1035MPa，屈服强度R_eH在875～955Mpa，延伸率A₅在11.0～14.5％，断面收缩Z在42.5～49.0％，冲击功A_kv(-40℃)值分布在：20～26J之间，120mm齿根部位硬度值在HB270-282之间。

从结果来看，40NiCrMo7材质属于中碳合金钢，经热处理后，具有一定的强度，但冲击韧性要求却很难达到，齿根部位的硬度值也达不到设计要求。

发明内容

设计目的：避免背景技术中的不足之处，通过加入部分微量合金元素来细化晶粒，提高材料的淬透性，从而达到提高锻件强度和韧性的目的。

设计方案：本发明从提高锻件的淬透性和冲击韧性两方面考虑，采用调整钢水中的C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo含量范围，严格控制S、P在钢中的残留含量，并添加V和Ti两种微量元素为主要手段。从图3含碳量对钢强度性能的影响可以看出，C含量的上升，能提高锻件的抗拉强度，但会使冲击韧性值下降，尤其是耐低温冲击韧性值，表现更为明显，因此C当量的控制要在适中范围，主要考虑对强度的影响，后续通过合金元素的比例调整，来提高耐低温冲击韧性值，因此碳含量控制在0.40％～0.44％；虽然硅含量小于0.60％时，对于晶粒的影响不大，对于冲击韧性的影响也较小(见图4)，但是随着含硅量的增加，对于韧性-脆性转变温度的影响甚至比碳还大(见图5)，因此硅含量控制在：0.17～0.37％，锰对钢的晶粒度会有粗化倾向，同时考虑到Mn/C当量，锰含量控制在0.60～0.80％，为了保证强度不受影响，通过加入部分微量合金元素来细化晶粒，从而达到提高锻件强度和韧性的目的。表2为常见合金元素对铸钢晶粒度的影响：

表2常见合金元素对铸钢晶粒度的影响