·108* 北京科技大学学报 2007年增刊1 用扫描电镜和能谱仪对疲劳实验结果进行了检测分 6 结论 析.疲劳实验采用4点弯曲疲劳实验机.表5为所 (1)治金质量.按照成分设计要求采用初炼加 得数据结果，从数据可以看出，绝大多数结果满足 精炼的方法，严格控制治炼温度和时间，扒渣条件， 设计和使用要求(2150万次)，针对5号样品疲劳强 并增加电磁搅拌和氩气保护等条件，对提高钢坯的 度明显低的情况，对断口进行了详细分析. 纯净程度，减少夹杂物的数量和偏析程度，起到了 表518Mn2SiVB钢前轴疲劳实验结果 积极的作用.从治炼后经连铸连轧所得钢坯的化学 编号 载荷kN 断裂周期万次 成分分析和拉拔后力学性能指标检测结果看，治炼 205 152.3 和连铸连轧条件基本满足18Mn2SiVB钢的生产要 205 200.0 求，能够得到满足设计要求，制造卡车前轴的空冷 3 205 179.7 贝氏体钢钢坯， 4 205 174.2 (2)18Mn2SiVB钢制造卡车前轴工艺.根据前 5 205 35.5 轴使用力学性能要求，其金相组织应为贝氏体+铁素 图3为夹杂物成分分析.从图中可以看出当钢 体（少量）+残余奥氏体（少量）.从实验结果看，奥氏体 中存在不规则块状夹杂物时，对其疲劳强度的影响 化温度和冷却速度对所得金相组织有重要影响，进 是非常大的，原因是在疲劳载荷作用下，夹杂物的 而影响了前轴的力学性能.奥氏体化温度低，溶入 不规则边缘最易产生应力集中，进而发展为微裂 合金元素量少，其稳定性下降，冷却过程中铁素体 纹.随疲劳载荷次数的增加，微裂纹扩展，最终导 量析出过多，导致前轴力学性能特别是强韧性均有 致材料发生断裂.由此表明，在治炼过程中控制夹 降低：奥氏体化温度过高，晶粒粗大，同样降低了 杂物的数量、大小、形状对提高材料的疲劳极限是 前轴的力学性能. 至关重要的一环.图4是高疲劳极限（心150万次）前 (3)18Mn2SiVB钢综合性能.采用设计用钢 轴的断口形貌，夹杂物呈短杆、球状且分布均匀， 18Mn2SiVB代替45号或40CrMo和40 CrNiMo制 产生应力集中导致微裂纹扩展的倾向大大降低，材 造卡车前轴，从其力学性能测试结果分析，能够满 料具有高的疲劳强度 足使用要求：在制造工艺上采用锻后空冷代替原有 锻后调质的方法是可行的.从而解决了原45号钢制 造前轴力学性能得不到有效保障，40CMo和 40 CrNiMo钢制造前轴成本高，工艺复杂，浪费能 源（需调质处理），为卡车前轴的生产提供了一新的 钢种和制造工艺.对于保障汽车整车的可靠性，降 低生产成本有着十分重要的意义. 参考文献 山赵九根，缪勇，唐新民，等.非调质钢汽车前轴的开发研究.机 图3夹杂物SEM照片 截工艺师，2001,8：48 [2]刘澄.新型石油钻井钢丝绳用钢20Mn2 WNbVB的研究[学位 论文】.哈尔滨：哈尔滨工业大学，1998：61 [3]Zarei Hanzaki A,Hodgson P D,Yues S.Retained austenite chatacteristics in thermomechanically Processed Si-Mn transfor- mation-induced plasticity steel.Metallurgical and Materials Transactions,1997,28A:2405 [4]Banerjee B R,Capenos J M,Hauser JJ.Application of Fracture Toughness Parameters to Seructural Metals.New york:Gordon 图4高疲劳极限(？150万次)前轴断口夹杂物形貌 and Breoch Science Publisher,1966:373• 108 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 用扫描电镜和能谱仪对疲劳实验结果进行了检测分 析．疲劳实验采用 4 点弯曲疲劳实验机．表 5 为所 得数据结果．从数据可以看出，绝大多数结果满足 设计和使用要求(≥ 150 万次)，针对 5 号样品疲劳强 度明显低的情况，对断口进行了详细分析． 表 5 18Mn2SiVB 钢前轴疲劳实验结果 编号 载荷/kN 断裂周期/万次 1 205 152.3 2 205 200.0 3 205 179.7 4 205 174.2 5 205 35.5 图 3 为夹杂物成分分析．从图中可以看出当钢 中存在不规则块状夹杂物时，对其疲劳强度的影响 是非常大的，原因是在疲劳载荷作用下，夹杂物的 不规则边缘最易产生应力集中，进而发展为微裂 纹．随疲劳载荷次数的增加，微裂纹扩展，最终导 致材料发生断裂．由此表明，在冶炼过程中控制夹 杂物的数量、大小、形状对提高材料的疲劳极限是 至关重要的一环．图 4 是高疲劳极限(>150 万次)前 轴的断口形貌，夹杂物呈短杆、球状且分布均匀， 产生应力集中导致微裂纹扩展的倾向大大降低，材 料具有高的疲劳强度． 图 3 夹杂物 SEM 照片 图 4 高疲劳极限(>150 万次)前轴断口夹杂物形貌 6 结论 (1) 冶金质量．按照成分设计要求采用初炼加 精炼的方法，严格控制冶炼温度和时间，扒渣条件， 并增加电磁搅拌和氩气保护等条件，对提高钢坯的 纯净程度，减少夹杂物的数量和偏析程度，起到了 积极的作用．从冶炼后经连铸连轧所得钢坯的化学 成分分析和拉拔后力学性能指标检测结果看，冶炼 和连铸连轧条件基本满足 18Mn2SiVB 钢的生产要 求，能够得到满足设计要求，制造卡车前轴的空冷 贝氏体钢钢坯． (2) 18Mn2SiVB 钢制造卡车前轴工艺．根据前 轴使用力学性能要求，其金相组织应为贝氏体+铁素 体(少量)+残余奥氏体(少量)．从实验结果看，奥氏体 化温度和冷却速度对所得金相组织有重要影响，进 而影响了前轴的力学性能．奥氏体化温度低，溶入 合金元素量少，其稳定性下降，冷却过程中铁素体 量析出过多，导致前轴力学性能特别是强韧性均有 降低；奥氏体化温度过高，晶粒粗大，同样降低了 前轴的力学性能． (3) 18Mn2SiVB 钢综合性能．采用设计用钢 18Mn2SiVB 代替 45 号或 40CrMo 和 40CrNiMo 制 造卡车前轴，从其力学性能测试结果分析，能够满 足使用要求；在制造工艺上采用锻后空冷代替原有 锻后调质的方法是可行的．从而解决了原 45 号钢制 造前轴力学性能得不到有效保障， 40CrMo 和 40CrNiMo 钢制造前轴成本高，工艺复杂，浪费能 源(需调质处理)，为卡车前轴的生产提供了一新的 钢种和制造工艺．对于保障汽车整车的可靠性，降 低生产成本有着十分重要的意义． 参 考 文 献 [1] 赵九根，缪勇，唐新民，等. 非调质钢汽车前轴的开发研究. 机 械工艺师, 2001, 8: 48 [2] 刘澄. 新型石油钻井钢丝绳用钢 20Mn2WNbVB 的研究[学位 论文]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，1998：61 [3] Zarei Hanzaki A，Hodgson P D，Yues S. Retained austenite chatacteristics in thermomechanically Processed Si-Mn transfor￾mation-induced plasticity steel. Metallurgical and Materials Transactions，1997，28A：2405 [4] Banerjee B R，Capenos J M，Hauser J J. Application of Fracture Toughness Parameters to Seructural Metals. New york：Gordon and Breoch Science Publisher，1966：373