楔横轧成型电机轴的组织与性能

0I:10.13374/i.issm1001-053x.1989.01.005 刘11卷第1期 北京科我大学学报 Vol.11 No.1 1989年1月 Journal of Universty of Science and Technology Beijing Jan 1989 楔横轧成型电机轴的组织与性能 黎秀球 崔文暄 (金相数研宝) n 擂要：本文研究了35MVN钢经不同温度加热，进行积背礼成型电机轴空冷后的 组织与性能。这种成型电机轴具有非常细小的铁素体一珠光体组凯，北。b为870~900MPa, os即(g0.2）为759~796MPa,ak为69~184J/cm2。 关键词：铁素体，杀光体，轧制，吃机钠 The Structure and Property of the Wedge Horizontal Rolling Motor Axis Li Xiugiu Cui Wenxuan ABSTRACT:The thesis focused attention on structure and property of the wedge horizonta!rolling motor axis which made of medium carbon microalloy steel (35MnVN).The fine ferrite-pearlite structure in motor axis was obta- ined in air-cooled treatment after the rolling.The main properties are: 0。=870-900MPa,.(iego.2)=759-796MPa,ak=69-131J/cm2. KEY WORDS:ferrite,pearlite,rolling,motor axis 微合金中碳钢的应用始于70年代中期，我国于80年代开始研究。这种钢包括热锻用非调 质钢和轧后直接切削用非调质钢，其强度已达到相应碳钢调质处理后的水平，但韧性偏 低。这主要是锻造工艺造成的。以汽车零件为例、锻造加热温度>1200°C,其组织粗大，冲 击韧性低。降低锻造温度，固然可以改善韧性，但：赏寿命大大降低，使零件成本增加，不 受工厂欢迎。 楔横轧成型工艺是连续小变形量轧制成型，轧制温宽(300~1200°C),轧辊寿命高，轧 件表面精度高，可以达到少切削，甚至无切削的目的，节约金属，大幅度提高生产率，与锻 1988一04一05收稿 23

， 第 卷第 期 北 京 科 技 大 年 月 、 ， 、 。 学 学 报 · 。 楔横轧成型 电机轴的组织与性能 黎秀球 崔文暄 金相 教研 宝 摘 要 本文研究 了 钢经 不 同温 度 加热 ， 进 行 粉找轧 成型 电 机轴空 冷 后 的 组 织与性 能 。 这 种成型 电机轴 具有非常 细 小 的 铁素体一珠 光 体组 织 ， 其 。 为 一 “ ， 。 即 为 ， ‘ 为 峨 厂 “ 。 关键 词 铁素体 ， 珠 光 体 ， 壮 制 ， ，包于几拍 ︷长 ， 手 时 厂 、 、 以 才 刀 劣 “ 一 · 一 一 · 。 一 ， ， 『。 一 ， 一 · ， ， ， 又 微合金 中碳 钢的应用始于 年代 中期 ， 我 国于 年代开 始研究 。 这种 钢 包括热 锻 用非调 质 钢和 轧后直接切 削用非调 质钢 ， 其 强度 已达 至井目应 小 碳 钢调 质处 理 后 的 水 平 ， 但韧性偏 低 。 这主要是锻造工艺 造成的 。 以汽车 零件 为例 、 锻造加 热温 度 “ ， 其组织粗大 ， 冲 击韧性低 。 降低锻 造温度 ， 固 然可 以 改善 韧 注 ， 但 镊 摸寿命大大 降 低 ， 使零 件 成 本增加 ， 不 受工厂欢迎 。 楔横轧 成 型工艺是连续小 变形 量 车制 成 型 ， 轧制 温 变宽 一 “ ， 轧辊 寿命高 ， 轧 件表面精度 高 ， 可 以达到少切 削 ， 甚 至无切 削 的 目的 ， 节约金 属 ， 大 幅 度提 高生产率 ， 与锻 一 一 收 稿 邓 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1989．01．005

造、切削相比生产效率平均提高5~10倍11。采用楔横工艺轧制轴类零件，对改善非调制 钢的韧性、大非调制钢的应用是行之有效的方法。 1试验方法 试验采H用无锡钢厂电炉冶炼35MnVN钢，成份为(wt%):0.33C,0.33Si,1.45Mn, 0.022S,0.018P,0.15V。经开坯锻成34mm×300mm坯料，楔横轧成电机轴成品。轧前加热温 度1000~1150°C,终轧温度为810~950°C,轧后分别在电机轴30mm和25mm部位纵向切 取拉伸和冲击试样，测定力学性能。拉伸试验在INSTRON MODEL11a5试验机上：进行。 Impact sample Tensile sample 阳1测定力学性能样部和 Fig.t Position of the sample for taking out mechanical property 为了观察轧后奥氏体再结晶情况，楔横轧后在冰盐水中济火，于不同直径处沿纵截面磨 制金相试样，分析显微组织。 2试验结果与分析 2.1力学性能 加热温度对电机轴的力学性能均有影响，随加热温度升高叮。o,值增大，而δ、：ak值 下降（见图2），因为加热温度的高低直接影响钒在奥氏体中的溶解度及轧后冷却过程沉淀强 化的效果。钒碳氨化物在900°C开始溶解，并在1100°（左行完全溶解于央氏体中2-）。固溶 后的碳氨化物在轧后空冷会产生沉淀强化作用，显然加热温度开高，会使以后沉淀强化潜力 增大，同时组织中铁素体体积分数减小，致使宏观强变略行加强，韧性较明显地降低（图2） 但在1000~1150°C加热楔横轧成型电机轴力学件能均化45调制处理优越，两种钢力学性： 能比较如下： 钢种 ob,MPa MP a ,9g ,u .cm2 45 696-833 441-53y 1517 40-1G 415, 35MnVN 870-900 700--800 【9-20 50+6) 6)-70 24

造 、 切削相 比 生 产效率平均提 高 一 倍 「‘ ’ 。 采 用楔 横工 艺轧 制 轴 突零 件 ， 对改 沁」卜调制 钢 的 韧性 、 扩大 非调 制 钢的应 用 是行 之 有 效 的方 法 。 试 验方法 试验采 川 无 锡 钢厂 电炉冶炼 钢 ， 成 份为 。 旦百 ， ， 入 ， ， ， 。 经开 坯 镶成必 坯料 ， 楔 横轧成 电机 轴 成 品 。 轧前 加热温 度 一 ， 终 轧温度为 一 ， 轧后 分别 在 电机轴功 和功 部位 纵 习切 取拉伸 和冲 击 试样 ， 测定 力学性 能 。 拉 伸 试验 在 只 试验机 几进 行 。 图 测 定 力学 性 能 取 样 部 ，， 为 了观察轧后 奥氏体再 结 晶情况 ， 楔 横轧 后 在 冰盐 水 中淬火 ， 于不 同 直径处沿纵 截 面磨 制金相 试样 ， 分析 显微 组 织 。 试验结果 与分析 尸户 。 力 学性 能 加 热温 度对 电机 轴 的 力学 性 能 均 仃影 响 ， 随 加 热 温 度升 高。 和， 城增 大 ， 而占 、 砂和 。 值 下 降 见图 ， 因为加 热 温 度 的 高 低直接 影响钒 飞奥 氏 体 ‘卜的 溶解 度 及轧后 冷 却过程 沉淀 强 化的效果 。 钒碳 氮化 物 在 “ 开 始 溶解 ， 在 。 。 ’ 左 右完全 浓解 于 奥氏 体 。 ， 『 一 ‘ ’ 。 固溶 后 的碳 氮化物 在 轧后 空冷 会产生 沉 淀 强化 作川 ， 显然 加 热 温 变升 高 ， 会 使 沃后 沉 淀强 化潜 力 增 大 ， 同时 组织 中铁 素体体积 分 数减 小 ， 致 使 玄 观 强 度略 有加 强 ， 韧性较 明显 地 降 低 图 但在 一 加热 楔 横轧成 型 电机 轴 力学 队能 均 七 洲调 制处 即 后优越 。 两 种钢 力学 性 能 比较如下 钢 种 一 ‘人 一 玉 一 一 一 一〕 工 一 ‘夕 丁 ‘ 〕 一 口

Room tep -40℃ 60 120 1000 40 80 69 800 8% 930 600 20 25 40 400 200 1000105011001150 1000105011001150 Heating temperature,C Heating temperature,C 图2加热温度对力学性能的影南 Fig.2 Effect of heating temperature on mechanical property 2.2原始奥氏体晶粒尺寸 在不同加热温度下(900~1150°C)保温 100 30min后直接淬火并测得原始奥氏体晶粒尺寸 (见图3)，由图可见从900~1050°C奥氏体晶 80 粒急剧长大，此时钒的碳氮化物突然溶解失去 对奥氏体晶界的钉轧作用，奥氏体晶粒出现不 915 60 均匀长大（图3）。在低碳含钒钢中也出现类似 情况【41。 40 2.3轧后奥氏体再结晶观察 20 微量含金元素钒阻碍奥氏体再结晶，在低 于870°C时其再结晶全部被抑制〔21，在1050C 900 1000 1100 加热，870°C终轧后，在中25mm处从表面 Heating temperatureC 到心部完全再结晶，晶粒细小均匀（直径≈ (a) c) 0.05mm (b)900C (c)1150*C 国3不同加热温度下奥氏体品粒尺寸 Fig.3 Austenite grain size in different heating temperaturcs 25

飞 吕一 日八 曰、饰已 求 ‘ 昏 己 ‘黔二 臼只 口 ’ ，吕甲一了 石毛 毛 一 。 才 工 入 、 、 二 玉 ， 卜 、 又 ’ 、 丫， 、斗 一 乙 、 玉 一‘ 叭少 。 ，’ 图 呀 ，’ 加 热温度对 力学 性能的影响 五 。 原 始奥 氏体 晶粒尺寸 在不 同加 热温 度 下 一 保温 后直接 淬火并测得 原始 奥氏体晶粒尺寸 见 图 ， 由图可见从 一 “ 奥氏体晶 粒急剧长大 ， 此时钒 的碳氮化物突然溶解失去 对奥氏体晶界 的钉 轧作用 ， 奥氏体 晶粒 出现不 均匀长大 图 。 在 低碳含钒钢 中也出现类似 情况 〔 。 尹 ‘ 日二‘ 。 轧后奥 氏体再 结晶观察 微量含金 元素钒阻碍 奥氏体再 结 晶 ， 在低 于 时其再 结晶全 部被 抑制 〔 “ ’ ， 在 加 热 ， 终 轧 后 ， 在 功 处 从 表 面 到心部完全再结晶 ， 晶粒细 小 均 匀 直 径 。 少 ， 图 不 同加 热温 度 下 奥氏体 晶粒尺 寸

22μm)，而在30mm处只有表面形变量较大的一层(5-7mm)完全再结晶，晶粒得到细化 (直径≈314m),而在心部只有部分再结晶，晶粒较粗大。如再提高终轧温度（或加热温度） 中25mm及30mm表层完全再结晶后晶粒得以长大，奥氏体晶粒便会粗化。这种粗大奥氏体 晶粒导致轧后空冷形成较粗大的铁素体晶粒。 2.4轧后空冷组织分析 轧后空冷钢的显微组织为铁素体和珠光体 10 (30 (图5)。较低温度(1000或1050°C)加热（终轧 φ25 温度亦较低)，再结晶刚刚完成，晶粒尚未开 始长大，故此时奥氏体晶粒细小，在y→a转变 6 识 时形核率增大，铁素体晶粒细小均匀(d:= 5~10μm),体积分数也增加（图4,5）。Gladman 40 的研究也有类似结果]。此外，低温发生奥氏 体形变时，由于形变诱发析出，析出的第2相 2 φ3 30 明显抑制奥氏体再结晶，从而有效细化了轧后 奥氏体晶粒。低温析出物是非共格的，能阻止 1000105011001150 裂纹的扩展，不会引起材料的脆化〔2】。所以 Heating temperature C 这时韧性较高，室温ak(J/cm2)=82~134, -40°C时ak(J/cm2)=36~60。随着加热温度 图4加热温度对铁素体及共品粒大小的影响 Fig.4 Effect of heating tempcrature 升高，轧后空冷组织中铁素体体积分数略有下 on ferrite grain size 降。晶粒粗大且不均匀，较高的终轧温度形变 0,05m 图525mm不同部位轧后空冷组织 (a)1000C加热，表面，(b)1000°C如热，心部，(c)1150C加热，表面，(d)15)C如热，心部1 Fig.5 Metallograph of different portions of the sample after rolling 26

含召 ， 而在 功 。 处只有表 面形变量较大 的一层 一 完全再 结晶 ， 晶粒得 到细化 直径 、 “ ， 而 在心部只 有部分再 结晶 ， 晶粒较 粗大 。 如再 提高终 轧温 度 或加 热温 度 必 及 毋 表层完全再 结 晶后 晶粒得 以长大 ， 奥氏体晶粒 便会粗化 。 这种 粗大 奥氏体 晶粒导致轧后空冷 形成 较粗大 的铁素体晶粒 。 。 轧 后空 冷 组织分析 一祠田﹄叭 山 八 八 日 二 如 七 口脚口口， 勺 寿澎 尸 卜户脚 哎 司之之豁目 儿 咒 允 图 加 热温 度对 铁素 体及 其 另粒大 小的影 响 ‘ 么 车 后空冷 钢的显 微组织为铁素体和 珠光体 图 。 较低温度 或 “ 加 热 终 轧 温度亦较低 ， 再 结晶刚刚完成 ， 晶粒 尚未开 始长大 ， 故 此时奥氏体 晶粒细小 ， 在 丫‘ 转变 时形核率增大 ， 铁 素体 晶 粒 细 小 均 匀 “ ， 体 积分数也 增加 图 、 。 的研究也 有 类似结果 〔 〕 。 此外 ， 低 温 发生奥氏 体形变时 ， 由于 形变 诱发 析 出 ， 析出的第 相 明显抑 制奥氏体再结晶 ， 从 而有效细化了轧后 奥 氏体 晶粒 。 低 温析 出物 是非共格 的 ， 能阻止 裂纹 的扩展 ， 不 会引起材料 的脆化 〔 “ 。 所 以 这 时 韧性较 高 ， 室温 ’ 一 ， 一 时 “ 一 。 随着加 热温 度 升高 ， 轧后空冷组织 中铁素体体积分 数略有下 降 晶粒 粗大 且不均 匀 ， 较高的终 轧踢 度形变 图 必 不 同部位 轧后空冷组 织 加 热 ， 表 面 ， 加 热 ， 心 部 ， 加 热 ， 表 面 ， ” 拍热 ， 心 部

诱发奥氏体的析出减弱。终轧温度大于1000°C时，奥氏体的析出几乎是不可能的[2)。这使 沉淀强化潜力增大，综合组织因素及沉淀强化作用，使冲击韧性有较大幅度下降。 3结论 (1)微合金中碳钢(35MVN)经楔横轧成型电机轴空冷后具有细小的铁素体一珠光体组 织，铁素体体积分数随原奥氏体晶粒增大而减少，铁素体晶粒粗化，呈不均匀分布。 (2)控制电机轴力学性能的组织因素是铁素体的体积分数、晶粒尺寸及分布。当加热温 度为1000~1050°C,轧制后铁素体体积分数为35一40%，品粒细小(d,=5一10μm),并呈均 匀分布，此时强度和韧性较高。 (3)微合金中碳钢(35MnVN)在1000~1150°C加热，经中630mm楔横轧机轧制成电机 轴后，实测各项力学性能指标均比45调质钢优越。 参考文献 1胡正寰等。斜轧与楔横轧，治金工业出版社，1985 2 Roberts W.Vanadium Steels,Krakow,1980 3 Thewlis G,el al,Meta's and Materials,1981;(12):21 4黎秀球等。钢铁，1988；(4)： 5 Gladman T,et al,J/ST,1972;(12):916 h 27

诱发奥氏体的析出减弱 。 终轧温度大 子 “ 时 ， 奥氏体的 析出几 乎是不可能的 〔 。 这 使 沉淀强化潜力 增大 ， 综合组织 因素及 沉淀强化作用 ， 使冲击韧 胜有较大幅度下降 。 结 论 ” 微合 金 中碳 钢 经 楔 横轧成 型 电机 轴空冷后具有细小的铁素体一珠光体组 织 ， 铁素体体积分数随原 奥氏体晶粒增大 而减少 ， 铁素体晶粒粗化 ， 呈不 均匀分布 。 控制 七机 轴力学 性能的组织 因素是铁素体的体积分数 、 晶粒尺寸及分 布 。 当加 热 温 度 为 “ ， 轧制 后铁素体体积分数为 一 ， 晶粒细小 ， 一 拼 ， 并呈 均 匀 分布 ， 此时强 度和韧 性较高 。 微合金 中碳钢 在 一 “ 加 热 ， 经 必 楔横轧机 轧制成 电机 轴后 ， 实 测各项 力学性能指标均 比 调 质 钢优越 。 参 考 文 献 胡正寰等 斜轧 与楔横轧 ， 冶金工 业 出版社 ， 犷 ， ， ， 。 ’ ， 黎秀球等 钢铁 ， ， ， 城