非調(diào)質(zhì)易切削鋼廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè),用它制造汽車上的曲軸、連桿、轉(zhuǎn)向節(jié)、前梁等要求強(qiáng)度和一定切削性能的零件。這些零件過去都是采用中碳鋼(碳素鋼或合金鋼)經(jīng)調(diào)質(zhì)(淬火后高溫回火)處理的。自石油危機(jī)以來,世界各國都力圖節(jié)約能源,而且由于冶金技術(shù)和鋼材熱加工技術(shù)的發(fā)展,各國陸續(xù)開發(fā)并生產(chǎn)了不需調(diào)質(zhì)處理,只需控制軋制(鍛造)工藝及軋(鍛)后的冷卻速度就可以獲得所需要的強(qiáng)度、韌度和切削性能的非調(diào)質(zhì)易切削鋼。常規(guī)的非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼是在中碳鋼中添加微量合金化元素(釩、鈦和鈮等),通過控制軋制(鍛制)、控溫冷卻,在鐵素體和珠光體中彌散析出碳(氮)化合物為強(qiáng)化相,使之在軋制(鍛制)后不經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,即可獲得碳素結(jié)構(gòu)鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后所達(dá)到的力學(xué)性能。
在汽車輕量化和安全性要求不斷提高的今天,對一些重要汽車零部件提出了更高的要求,不但要求高強(qiáng)度,而且要求有很好的切削加工性能。武鋼集團(tuán)鄂鋼公司的研究人員通過研究抗拉強(qiáng)度大于1000MPa,屈服強(qiáng)度大于750MPa的高強(qiáng)度非調(diào)質(zhì)鋼的組織和性能及析出相和夾雜物,為開發(fā)高強(qiáng)度易切削鋼積累必要的經(jīng)驗。
試驗材料是武鋼集團(tuán)鄂鋼公司生產(chǎn)的汽車連桿用高強(qiáng)度非調(diào)質(zhì)易切削鋼棒材,鋼水采用70tconsteelEAF-EBT電爐冶煉并經(jīng)LF爐處理,然后連鑄成200mm×200mm的連鑄坯,在棒材廠經(jīng)蓄熱式加熱爐加熱,無扭張力軋制和控制冷卻,軋制成φ55mm棒材。其化學(xué)成分見表1。
表1 試驗鋼化學(xué)成分(WB) %
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
V |
N |
0.36 |
0.66 |
1.00 |
0.010 |
0.045 |
0.27 |
0.26 |
0.0110 |
采用光學(xué)金相方法研究試驗鋼在軋態(tài)下的組織,利用掃描電鏡和透射電鏡分別觀察試驗鋼中珠光體的片層結(jié)構(gòu)和析出相的形貌,采用電子探針分析試驗鋼中夾雜物的種類、形貌和成分。采用萬能拉伸試驗機(jī)測定試驗鋼在軋態(tài)下的拉伸力學(xué)性能。結(jié)果表明:材料為鐵素體-珠光體組織,鐵素體呈網(wǎng)狀分布;珠光體片層間距對強(qiáng)度的影響較大,當(dāng)片層間距從207nm減少到171nm時,屈服強(qiáng)度從820MPa上升到840MPa;其析出第二相以(V,Ti)(C,N)為主,晶粒尺寸為30~170nm。隨著析出相顆粒直徑減小,其強(qiáng)度變化遵循Orowan強(qiáng)化機(jī)制逐漸增大,鋼中的硫化物夾雜一方面可以細(xì)化鐵素體-珠光體晶粒;另一方面可以包裹氧化物夾雜,減少氧化物的危害,這有利于改善試驗鋼的切削加工性能。(心遠(yuǎn))