17Cr2Ni2Mo齒輪軸淬火應(yīng)力模擬研究
發(fā)布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新時間：2016-04-05
17Cr2Ni2Mo合金鋼為鍛件用結(jié)構(gòu)鋼。17Cr2Ni2Mo是一種優(yōu)質(zhì)的滲碳鋼，具有高的強(qiáng)度和韌性。17Cr2Ni2Mo鋼的淬透性優(yōu)于20CrMnMo鋼。17Cr2Ni2Mo用于制作齒輪、錐齒輪等傳動件、減速器零件、蝶形輪、摩擦件等。
17Cr2Ni2Mo是一種優(yōu)質(zhì)的滲碳鋼，具有高的強(qiáng)度和韌性，常用于制作齒輪、錐齒輪等傳動件。利用?17Cr2Ni2Mo鋼生產(chǎn)的大直徑齒輪軸淬火后的回火溫度一般低于300℃，在該溫度下回火只能消除齒輪淬火后產(chǎn)生的第二、第三類應(yīng)力，對于第一類應(yīng)力的消除作用十分有限，因此無法通過提高回火溫度來降低齒輪軸的淬火應(yīng)力。對于大型齒輪軸類件來說，降低齒輪軸淬火應(yīng)力的最佳途徑是改變材料的化學(xué)成分或有效控制淬火過程。
二重鑄鍛公司的研究人員利用有限元數(shù)值模擬軟件研究了大型17Cr2Ni2Mo齒輪軸化學(xué)成分、換熱邊界、淬火介質(zhì)溫度對齒輪軸心部位置淬火應(yīng)力的影響，研究結(jié)果對齒輪軸的現(xiàn)場加工及熱處理具有非常重要的借鑒作用。
研究人員首先研究了化學(xué)成分對17Cr2Ni2Mo齒輪軸心部淬火應(yīng)力的影響。結(jié)果表明，添加微量的B元素后，17Cr2Ni2Mo鐵素體和珠光體等溫轉(zhuǎn)變的孕育期都大幅度降低了，其中“鼻子”溫度附近的鐵素體、珠光體轉(zhuǎn)變孕育期從2000s延長至6000s，完成時間從15000s延長至50000s。轉(zhuǎn)變曲線向右大幅度移動，B元素的添加推遲了鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)變。可見，添加B元素能夠延遲鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)變時間，增加材料的淬透性，可以有效降低齒輪軸淬火后心部的拉應(yīng)力。
同時，研究人員還研究了齒輪軸換熱邊界對心部淬火應(yīng)力的影響。計(jì)算結(jié)果表明，齒輪軸淬火過程中，心部主要為拉應(yīng)力。在不改變成分的條件下，要降低其淬火后的應(yīng)力，只能降低其熱應(yīng)力，而影響熱應(yīng)力的關(guān)鍵因素是淬火過程中工件的截面溫差。要降低溫差，需要降低冷卻速度，而冷卻速度的降低，又無法保證齒輪軸齒面的淬火程度，因此，模擬時，將未開齒部分進(jìn)行絕熱處理，研究換熱邊界對齒輪軸淬火應(yīng)力的影響。結(jié)果表明，減少齒輪軸淬火過程中傳熱面積，可以降低齒輪軸淬火后的心部拉應(yīng)力。
最后，研究了淬火介質(zhì)溫度對齒輪軸心部應(yīng)力的影響。模擬工藝試驗(yàn)研究結(jié)果表明，提高淬火介質(zhì)溫度可以降低齒輪軸心部拉應(yīng)力。提高淬火介質(zhì)溫度后，齒輪軸軸向應(yīng)力下降近100MPa，其余兩個方向的應(yīng)力降低達(dá)150MPa。提高淬火介質(zhì)溫度后，齒輪軸心部珠光體含量顯著增加，反映出齒輪軸心部位置冷卻速度降低。而齒輪軸截面溫差的減小，降低了齒輪軸淬火后的熱應(yīng)力，使得齒輪軸淬火后各個方向的應(yīng)力降低。
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