2024-04-07 15:44
锻件齿轮钢疲劳强度与奥氏体晶粒尺寸近似存在Hall-Petch关系，细化奥氏体晶粒可提高疲劳强度。细化奥氏体晶粒度的方法包括低温渗碳、渗碳后二次淬火以及添加Nb、Ti、V微合金化。20CrMoH和经过Ti、Nb复合微合金化的20CrMoH，经历930 ℃气体渗碳7h，扩散0.5h后，有效硬化层深度分别为1.0mm、1.2mm，渗层晶粒度分别为7.2级和10.5级，而旋转弯曲疲劳强度分别为995MPa和1230MPa，Ti、Nb微合金细晶强化使得20CrMoH疲劳强度提高了23.6%。
弹簧钢的使用主要参照材料的弯曲疲劳极限、松弛稳定性、腐蚀疲劳敏感性、延迟断裂倾向等因素。此外，表面完整性、脱碳层深度、纯净度、晶粒度等因素对弯曲疲劳强度有显著影响，需要据此对弹簧钢进行质量分等。弹簧钢的高强度化和高品质化是提高弹簧的设计应力水平，实现轻量化的必要条件。目前，汽车悬架系统螺旋悬架弹簧的扭转疲劳设计应力水平最高达1200MPa~1300MPa，使用状态硬度达51HRC~53HRC；变截面钢板弹簧的弯曲疲劳设计极限应力水平也从之前的850MPa~950MPa向1000MPa~1100MPa范围提升，从而使弹簧质量减轻25%以上。几乎所有强度等级高于1650MPa的高性能弹簧钢都经过微合金化，乘用车螺旋弹簧常用的1650MPa级51CrV4牌号钢需要添加0.2%以下的V来细化晶粒，提高回火稳定性和降低脱碳倾向。如日本神户钢铁的UHS1900、UHS2000，大同制钢的ND120S和ND250S等钢种，都进行了V、Ti、Nb、Mo、B的微合金化，弥补了因碳含量降低至0.40%带来的松弛稳定性不足，以及解决了晶界强度低于晶内强度导致的韧性下降等问题；尤其B的微合金化对弹簧钢韧性和Ti微合金化对弹簧钢的耐蚀性和延迟断裂抗力的贡献 。
高强度冷镦钢锻件的微合金化冷镦钢的微合金化改造出于两个目的：①改善材料的冷锻工艺性能，开发简化退火或免退火冷镦钢；②提高材料的延迟断裂抗力，开发13.9级或更高强度等级螺栓用钢。
碳含量低于0.22%的碳素冷镦钢，如ML20、ML15等，在冷拔冷镦前，不需要软化退火或球化退火，已经属于免退火冷镦钢，然而这些低碳冷镦钢锻件淬透性和回火稳定性均较低，只能满足6.8级以下紧固件的生产。普通高强度冷镦钢锻件一般要经历“退火—酸洗（剥壳）—磷化—皂化—冷拔—冷镦—调质”等工序，退火工序的目的在于通过珠光体球化，降低材料硬度，提高材料塑性。但此工序同时也带来较大的能量消耗和材料氧化脱碳损耗。高强度免退火冷镦钢得以开发应用，取得了良好的经济和环境效益。目前有两类高强度免退火冷镦钢。其化学：0.21%C-0.08%Si-0.85%Mn-0.1%Cr-0.0025%B，通过低碳、低硅获得较低的珠光体含量和铁素体硬度以提高塑性，添加微量B以提高材料淬透性，控制Mn、Cr含量保证回火稳定性。此类钢热轧状态的交货状态硬度低于85HRB，断面收缩率达到55%，满足冷拔和冷镦工艺要求。该钢种适用于8.8级螺栓，适当增加C、Mn、Cr含量可以满足9.8级和10.9级螺栓性能要求。另一类高强度免退火冷镦钢是以普通的ML35、ML40Cr为基础钢，降低Mn、Cr含量，增加微量B以弥补淬透性不足，增加微量Ti含量，高Al/N比，以细化晶粒，运用控轧控冷（热机械轧制）技术生产。
