近年來，為了保證生產(chǎn)工序的合理化和降低成本，普遍采用冷鍛的方式進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)用部件的成型加工。然而，當(dāng)部件整體或局部進(jìn)行強(qiáng)加工的情況下，在其后的滲碳處理等熱處理過程中易出現(xiàn)奧氏體晶粒局部粗大即晶粒異常長(zhǎng)大的情況。這種晶粒異常長(zhǎng)大會(huì)導(dǎo)致部件疲勞強(qiáng)度下降或精度變差，在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)出現(xiàn)各種問題。最近，問題經(jīng)常出現(xiàn)在為實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度而進(jìn)行的高濃度滲碳以及以縮短滲碳處理時(shí)間為目標(biāo)的高溫處理過程中。為了提高部件的可靠性和強(qiáng)度，需要開發(fā)出能抑制高溫區(qū)域晶粒異常長(zhǎng)大的材料。
一直以來，采用在滲碳鋼中添加Al、Nb、Ti等元素，使其氮化物和碳化物細(xì)小彌散析出，釘扎奧氏體晶界的方法抑制晶粒異常長(zhǎng)大。應(yīng)用此方法，開發(fā)出在高溫條件下仍能確保穩(wěn)定的釘扎晶粒的細(xì)小彌散析出，抑制晶粒異常長(zhǎng)大的ATOM鋼、冷鍛性能優(yōu)良的ALFA鋼，并投入實(shí)際應(yīng)用。然而，為了實(shí)現(xiàn)滲碳工序的在線化以及縮短部件生產(chǎn)周期，必須進(jìn)一步提高滲碳溫度，如果仍采用以上方法處理滲碳鋼有出現(xiàn)析出物固溶、晶粒異常長(zhǎng)大的可能性。
為此，科研人員開發(fā)出加工性良好、特別是冷鍛性能優(yōu)良且能抑制晶粒異常長(zhǎng)大的滲碳鋼。以下對(duì)這種鋼進(jìn)行詳細(xì)論述。
開發(fā)鋼成分設(shè)計(jì)：
傳統(tǒng)的滲碳鋼為了利用AlN、NbC、TiC等析出物而添加Al、Nb、Ti合金元素，但當(dāng)這些釘扎析出物在高溫下出現(xiàn)部分固溶時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)晶粒異常長(zhǎng)大。新開發(fā)鋼種通過避免釘扎晶界的AlN析出，使?jié)B碳處理過程中奧氏體晶粒均勻長(zhǎng)大，達(dá)到抑制晶粒異常長(zhǎng)大的目的。同時(shí)，由于開發(fā)鋼種比傳統(tǒng)滲碳鋼在滲碳淬火時(shí)的結(jié)晶粒徑大，淬透性得以提高，因此還可降低為改變結(jié)晶粒徑而添加的合金元素量。
科研人員開發(fā)出能抑制滲碳處理時(shí)晶粒異常長(zhǎng)大的AROM鋼和以省略軟化熱處理工序?yàn)槟康腁LFA鋼，并投入實(shí)際應(yīng)用，還開發(fā)出高溫滲碳時(shí)仍能抑制晶粒異常長(zhǎng)大且兼?zhèn)淅浼庸ば缘臐B碳鋼。
新開發(fā)鋼種不是依靠釘扎晶界抑制晶粒異常長(zhǎng)大，而是通過盡量避免釘扎晶粒的析出而達(dá)到抑制晶粒長(zhǎng)大的目的。由于開發(fā)鋼種的結(jié)晶晶粒中沒有釘扎晶粒，可促進(jìn)滲碳等熱處理過程中晶粒的長(zhǎng)大，使之大于傳統(tǒng)的滲碳鋼晶粒，因此可提高淬透性。這樣不僅可減少用于提高淬透性元素的添加量，還能提高冷加工性能。
傳統(tǒng)鋼種熱鍛在1273K左右發(fā)生晶粒異常長(zhǎng)大，冷鍛在1223K左右發(fā)生晶粒異常長(zhǎng)大。ATOM鋼和ALFA鋼在抑制晶粒異常長(zhǎng)大方面均優(yōu)于傳統(tǒng)鋼種。由于新開發(fā)鋼種在高溫滲碳的條件下不發(fā)生釘扎晶粒的固溶，因此比ATOM鋼及ALFA鋼在高溫滲碳條件下更能有效地抑制晶粒異常長(zhǎng)大。因此，今后可將新開發(fā)鋼種推廣應(yīng)用于為降低部件制造成本的冷鍛加工及以縮短處理時(shí)間為目的的高溫滲碳等方面。