汽车前轴用42CrMoH钢表面脱碳演变规律及控制
发布时间：2021-02-09 16:19
采用42CrMoH钢制造的前轴表面存在0.10～0.15 mm深的完全脱碳层,严重影响了工件表面质量、硬度和疲劳性能。本工作通过等温加热实验,研究了加热温度对热轧态42CrMoH钢表面脱碳层类型和深度的影响,并综合分析了影响表面脱碳的因素。结果表明:保温时间为75 min时,42CrMoH钢在650～750℃和875～1 250℃时,无完全脱碳层;完全脱碳层出现温度为750～875℃,完全脱碳层中铁素体为粗大的柱状晶,42CrMoH钢的一个完全脱碳的敏感温度为775～825℃,800℃时其完全脱碳层深度达到最大;42CrMoH钢部分脱碳也存在敏感温度（1 150～1 250℃）,1 200℃时,部分脱碳层深度达到最大。因此,为避免前轴表面出现完全脱碳层,42CrMoH钢热处理过程中的正火和淬火温度都应控制在875～885℃,且冷却过程中避免在750～875℃停留。此外,锻造余热淬火因省去正火和淬火加热过程,能有效地避免前轴表面出现完全脱碳层。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(12)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
实验钢在不同温度下保温75 min后表面脱碳层的显微组织图片:(a) 950 ℃; (b) 1 150 ℃; (c) 1 200 ℃;(d) 1 250 ℃
图1 实验钢在不同温度下保温75 min后表面脱碳层的显微组织图片:(a) 950 ℃; (b) 1 150 ℃; (c) 1 200 ℃;(d) 1 250 ℃950～1 250 ℃实验钢表层只存在部分脱碳层,无完全脱碳层,这是因为实验钢的共析转变温度(Ac1)和铁素体向奥氏体转变温度(Ac3)分别为748 ℃和846 ℃[11],950～1 250 ℃高于α-Fe←→γ-Fe同素异构转变温度(G点),见图3中C点位置。由相律f=C-P可知,当C为2时,实验钢完全奥氏体化,只存在单一γ相,即P为1,此时f为1,即碳浓度可以自由变化。随着脱碳的进行,实验钢表层平均碳浓度降低,但由于温度恒定,实验钢始终处于完全奥氏体相,无铁素体产生,所以无完全脱碳层出现。
950～1 250 ℃实验钢表层只存在部分脱碳层,无完全脱碳层,这是因为实验钢的共析转变温度(Ac1)和铁素体向奥氏体转变温度(Ac3)分别为748 ℃和846 ℃[11],950～1 250 ℃高于α-Fe←→γ-Fe同素异构转变温度(G点),见图3中C点位置。由相律f=C-P可知,当C为2时,实验钢完全奥氏体化,只存在单一γ相,即P为1,此时f为1,即碳浓度可以自由变化。随着脱碳的进行,实验钢表层平均碳浓度降低,但由于温度恒定,实验钢始终处于完全奥氏体相,无铁素体产生,所以无完全脱碳层出现。当温度为950～1 250 ℃时,脱碳层深度受钢中碳扩散速率的影响,而钢中合金元素会影响碳的扩散速率。碳在奥氏体中的扩散系数随温度的升高而增加,温度越高奥氏体中的碳扩散速率越快,则脱碳速度越快,脱碳层越深。当温度低于1 100 ℃时,Mo元素能够降低碳在γ-Fe中的扩散速率;铬的碳化物偏聚在晶界上,使晶界上的空穴减少,晶界上的原子活动能力降低,降低了晶界作为扩散通道的作用。而当温度为1 100～1 200 ℃时,铬的碳化物逐渐溶解完全[12],增加了奥氏体中固溶碳的含量,奥氏体中碳的浓度梯度增加,且晶界处合金碳化物的溶解减小了碳化物对晶界的钉扎,降低了碳的扩散激活能,使碳的迁移变得更加容易,从而使碳的扩散系数增加[13]。由菲克第一定律可知,单位时间内碳的扩散通量取决于碳的扩散系数和浓度梯度。实验钢在1 100～1 200 ℃加热时碳的扩散系数和浓度梯度均增加,因此加剧了钢的脱碳程度。当温度达到1 200 ℃时,部分脱碳层深度出现峰值,1 250 ℃时部分脱碳层深度反而降低。这是因为随着温度的升高,氧化和脱碳速率均增加,但增加程度不同,在950～1 200 ℃范围时,氧化速率小于脱碳速率,部分脱碳层深度随加热温度的升高而增加;当加热温度达到1 200 ℃以后,氧化程度急剧上升,氧化速率明显快于脱碳速率,使得部分脱碳层被氧化掉。氧化层的膨胀系数与基体的膨胀系数不同及脱碳生成的CO气体溢出使得氧化层组织变得疏松,容易破损甚至掉落,失去对基体的保护作用,从而进一步加剧氧化反应,使部分脱碳层深度迅速减小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]曲轴用调质钢42CrMo强度及显微组织的探讨[J]. 李涛,李润霞,牛伟. 物理测试. 2018(03)
[2]42CrMo曲轴钢喷丸强化有限元模拟[J]. 温飞娟,董丽虹,王海斗,吕振林,底月兰. 材料导报. 2018(S1)
[3]30CrMo钢表面脱碳试验[J]. 戴成珂,赵刚,徐耀文,毛新平,韩斌,蔡珍. 钢铁. 2016(07)
[4]加热温度和Nb对弹簧钢60Si2CrVAT完全脱碳层深度和形貌的影响[J]. 张朝磊,赵帆,文新理,杨勇,赵海东,刘雅政. 材料热处理学报. 2015(09)
[5]几种高速列车用弹簧钢的脱碳敏感性[J]. 史显波,赵连玉,王威,曾波,赵立君,单以银,沈明钢,杨柯. 材料热处理学报. 2013(07)
[6]42CrMo汽车前轴锻热淬火工艺[J]. 陈希原. 金属加工(热加工). 2013(S1)
[7]中低碳高强度弹簧钢成分对表面脱碳的影响[J]. 田俊,薛顺,成国光,吴铖川. 金属热处理. 2013(05)
[8]42CrMo钢汽车前轴淬火开裂原因分析[J]. 陈希原. 金属热处理. 2013(01)
[9]42CrMoA钢过冷奥氏体连续冷却相转变曲线[J]. 龙松朋,周旭东. 热加工工艺. 2012(22)
本文编号：3025903
【文章来源】：材料导报. 2020,34(12)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
实验钢在不同温度下保温75 min后表面脱碳层的显微组织图片:(a) 950 ℃; (b) 1 150 ℃; (c) 1 200 ℃;(d) 1 250 ℃
图1 实验钢在不同温度下保温75 min后表面脱碳层的显微组织图片:(a) 950 ℃; (b) 1 150 ℃; (c) 1 200 ℃;(d) 1 250 ℃950～1 250 ℃实验钢表层只存在部分脱碳层,无完全脱碳层,这是因为实验钢的共析转变温度(Ac1)和铁素体向奥氏体转变温度(Ac3)分别为748 ℃和846 ℃[11],950～1 250 ℃高于α-Fe←→γ-Fe同素异构转变温度(G点),见图3中C点位置。由相律f=C-P可知,当C为2时,实验钢完全奥氏体化,只存在单一γ相,即P为1,此时f为1,即碳浓度可以自由变化。随着脱碳的进行,实验钢表层平均碳浓度降低,但由于温度恒定,实验钢始终处于完全奥氏体相,无铁素体产生,所以无完全脱碳层出现。
950～1 250 ℃实验钢表层只存在部分脱碳层,无完全脱碳层,这是因为实验钢的共析转变温度(Ac1)和铁素体向奥氏体转变温度(Ac3)分别为748 ℃和846 ℃[11],950～1 250 ℃高于α-Fe←→γ-Fe同素异构转变温度(G点),见图3中C点位置。由相律f=C-P可知,当C为2时,实验钢完全奥氏体化,只存在单一γ相,即P为1,此时f为1,即碳浓度可以自由变化。随着脱碳的进行,实验钢表层平均碳浓度降低,但由于温度恒定,实验钢始终处于完全奥氏体相,无铁素体产生,所以无完全脱碳层出现。当温度为950～1 250 ℃时,脱碳层深度受钢中碳扩散速率的影响,而钢中合金元素会影响碳的扩散速率。碳在奥氏体中的扩散系数随温度的升高而增加,温度越高奥氏体中的碳扩散速率越快,则脱碳速度越快,脱碳层越深。当温度低于1 100 ℃时,Mo元素能够降低碳在γ-Fe中的扩散速率;铬的碳化物偏聚在晶界上,使晶界上的空穴减少,晶界上的原子活动能力降低,降低了晶界作为扩散通道的作用。而当温度为1 100～1 200 ℃时,铬的碳化物逐渐溶解完全[12],增加了奥氏体中固溶碳的含量,奥氏体中碳的浓度梯度增加,且晶界处合金碳化物的溶解减小了碳化物对晶界的钉扎,降低了碳的扩散激活能,使碳的迁移变得更加容易,从而使碳的扩散系数增加[13]。由菲克第一定律可知,单位时间内碳的扩散通量取决于碳的扩散系数和浓度梯度。实验钢在1 100～1 200 ℃加热时碳的扩散系数和浓度梯度均增加,因此加剧了钢的脱碳程度。当温度达到1 200 ℃时,部分脱碳层深度出现峰值,1 250 ℃时部分脱碳层深度反而降低。这是因为随着温度的升高,氧化和脱碳速率均增加,但增加程度不同,在950～1 200 ℃范围时,氧化速率小于脱碳速率,部分脱碳层深度随加热温度的升高而增加;当加热温度达到1 200 ℃以后,氧化程度急剧上升,氧化速率明显快于脱碳速率,使得部分脱碳层被氧化掉。氧化层的膨胀系数与基体的膨胀系数不同及脱碳生成的CO气体溢出使得氧化层组织变得疏松,容易破损甚至掉落,失去对基体的保护作用,从而进一步加剧氧化反应,使部分脱碳层深度迅速减小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]曲轴用调质钢42CrMo强度及显微组织的探讨[J]. 李涛,李润霞,牛伟. 物理测试. 2018(03)
[2]42CrMo曲轴钢喷丸强化有限元模拟[J]. 温飞娟,董丽虹,王海斗,吕振林,底月兰. 材料导报. 2018(S1)
[3]30CrMo钢表面脱碳试验[J]. 戴成珂,赵刚,徐耀文,毛新平,韩斌,蔡珍. 钢铁. 2016(07)
[4]加热温度和Nb对弹簧钢60Si2CrVAT完全脱碳层深度和形貌的影响[J]. 张朝磊,赵帆,文新理,杨勇,赵海东,刘雅政. 材料热处理学报. 2015(09)
[5]几种高速列车用弹簧钢的脱碳敏感性[J]. 史显波,赵连玉,王威,曾波,赵立君,单以银,沈明钢,杨柯. 材料热处理学报. 2013(07)
[6]42CrMo汽车前轴锻热淬火工艺[J]. 陈希原. 金属加工(热加工). 2013(S1)
[7]中低碳高强度弹簧钢成分对表面脱碳的影响[J]. 田俊,薛顺,成国光,吴铖川. 金属热处理. 2013(05)
[8]42CrMo钢汽车前轴淬火开裂原因分析[J]. 陈希原. 金属热处理. 2013(01)
[9]42CrMoA钢过冷奥氏体连续冷却相转变曲线[J]. 龙松朋,周旭东. 热加工工艺. 2012(22)
本文编号：3025903
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