Cr-Ni-Mo系齒輪鋼端淬過程模擬及淬透性預測

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(東北大學 材料科學與工程學院， 遼寧 沈陽 110819)

淬透性是齒輪鋼的重要性質之一，淬透性帶寬對于熱處理畸變有重要影響。淬透性取決于化學成分和晶粒度，淬透性帶寬則取決于化學成分的精確控制和成分的均勻性。目前，國外齒輪鋼淬透性帶寬可以控制在4 HRC以內，而國內高品質齒輪鋼淬透性帶寬為4～6 HRC，與國外還有一定差距[1-3]。通過淬透性預測模型，對淬透性影響較大的合金元素進行成分微調，可以使齒輪鋼的化學成分穩定、均勻，達到控制窄淬透性帶寬的目的。因此，淬透性曲線數學模型及計算方法日益受到人們的重視，并建立了理想臨界直徑法、非線性回歸方程法、硬度分布函數法、人工神經網絡法等多種預測計算模型[4-6]。以上方法可以從數值上進行淬透性計算，有一定的工程應用價值，但不能體現端淬試樣顯微組織和硬度變化的內在機理，具有一定局限性。因此，本文擬以20Cr、20CrMo、20CrNiMo鋼為研究對象，測定其淬透性曲線；同時應用Abaqus有限元軟件對端淬過程中試樣的溫度場進行模擬，并結合Maynier組織預測模型，預測端淬試樣不同位置的組織及硬度，評估該淬透性預測模型的可行性。

1 試驗材料與方法

3種試驗鋼20Cr、20CrMo和20CrNiMo的主要化學成分如表1所示。將試驗鋼在930 ℃保溫1 h進行正火處理，然后加工成標準端淬試樣，并在930 ℃保溫0.5 h，在端淬試驗機上進行末端淬火處理。端淬試驗完成后，在平行于軸線方向磨制出兩個相互平行的深度為0.4～0.5 mm的平面，如圖1所示，并分別測量磨制平面上距離淬火端1.5、3、5、7、9、11、13、15、20、25、30、35、40、45、50 mm處的硬度，繪制淬透性曲線。……