[发明专利]一种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢，还涉及该种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢的熔炼、锻造、热处理等制备和工艺方法。

背景技术

自易切削钢问世以来，至今已有80多年的历史，其发展的速度非常惊人。目前全世界每年约有500万吨易切削钢的消耗量，大部分都消耗在发达国家，而其中的一半以上是由美国和日本生产的。我国从50年代就开始生产易切削钢，产量由每年几千吨增加到现在的每年十几万吨。但无论从数量和品种上都与国外存在较大差距，因此每年都要从国外进口大量的易切钢材料，进口的成本很高。

现在的泥浆泵重载齿轮主要使用含铅易切钢材料，对易切钢材料的主要技术要求是齿面硬度达到HB270～320。国内曾经开发了一种含铅易切钢，满足了对材料切削性能和力学性能方面的要求，然而该种含铅易切钢在炼钢、锻造和机械加工中均表现出毒性，对生产人员的健康直接构成了威胁，最终使该含铅易削钢的生产研发被迫停止。继而齿轮用钢又改用42CrMoT材料，如果完全按照图纸的机械性能要求，则切削加工难度很大，生产效率降低，为此只好降低齿面硬度(一般为HB180～220)，这又导致了齿轮的早期点蚀，严重时会导致齿轮报废。因此选用42CrMoT调质钢生产泥浆泵齿轮也不适应现代生产实际使用的要求，迫切需要一种切削加工性能良好，又能满足力学性能要求的新钢种。

发明内容

本发明的目的是开发一种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢，解决现有的无铅易切钢切削加工难度大，齿轮的早期点蚀严重的问题，达到使该种无铅易切钢具有良好的切削性能和热加工性能。

本发明的另一目的是提供上述无铅易切钢的熔炼、锻造、热处理的制备工艺方法。

本发明采用的技术方案是，一种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢，按质量百分比由以下组分组成：C为0.32～0.38％、Si为0.20～0.40％、Mn为1.00～1.30％、Mo为0.25～0.35％、Cr为0.9～1.1％、S为0.08～0.10％、B为0.001～0.005％、Re为0.04～0.08％、Ti为0.01～0.03％，其余为Fe。

本发明采用的另一个技术方案是，一种制备上述无铅易切钢的方法，该方法按以下步骤进行：

步骤1：熔炼工艺，采用相应炉料和元素烧损率进行配料计算，称取各组分铁合金的质量，稀土、硼元素以稀土硅铁和硼铁的形式，在出钢前直接加入炉内钢液中，在添加稀土处理钢液时要强烈搅拌，随即出钢，出钢温度控制在1630℃±10℃，浇注温度控制在1580℃±10℃，按“低温快浇”原则进行浇注，加入覆盖剂，使钢液不外露；

步骤2：锻造工艺，对步骤1所得到的钢锭进行锻比≤6的锻造加工，开锻温度为1150℃～1200℃，终锻温度为870℃～900℃，加热方式为空气炉加热；

步骤3：热处理工艺，对步骤2所锻后得到的钢锭，保持淬火温度为：850±20℃油淬，回火温度为：560±20℃，既得。

所述的步骤1中，硫元素的加入方式采用炉中增S，并以硫化亚铁的形式加入。

本发明的有益效果是，使本发明的无铅易切钢具有良好的切削性能和热加工性能，解决了现有的无铅易切钢切削加工难度大，齿轮的早期点蚀严重的问题。

附图说明

图1是本发明的无铅易切钢铸态和锻态的夹杂物形貌图，其中，a是铸态夹杂物形态图，b是锻态夹杂物形态图；

图2是本发明的无铅易切钢拉伸和冲击断口形貌图，其中，a是拉伸试样断口形貌图，b是冲击试样断口形貌图；

图3是本发明的无铅易切钢与42CrMo钢主切削力Fz与切削速度V的关系比较图；

图4是本发明的无铅易切钢与42CrMo钢切削温度T与切削速度V的关系图；

图5是本发明的无铅易切钢的热处理组织形貌图，其中a为钢的退火组织形貌图，b为淬火组织形貌图，c为调质组织形貌图；

图6是本发明的无铅易切钢的回火温度对硬度的影响图；

图7是本发明的无铅易切钢的实施例横向冲击断口组织图，其中，a是试样横向断口的低倍扫描照片组织图，b是为试样断口的剪切唇区组织图，c是韧窝状断口组织图，d是韧窝状断口组织图；

图8是本发明的无铅易切钢的实施例纵向冲击断口组织图，其中，a是试样断口低倍扫描照片组织图，b是试样断口在靠近缺口部位为脆性断口组织图，c是试样在远离缺口部位出现韧性断口组织图，d是试样在远离缺口部位出现韧性断口组织图。

具体实施方式