一种车辆离合器对偶钢片用高性能Nb微合金化合金钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于合金钢技术领域，具体涉及一种车辆离合器对偶钢片用高性能Nb微合 金化合金钢。
【背景技术】
[0002] 随着车辆的传动技术的快速发展，特别是大功率换挡以及小功率自动变速系统的 普遍应用，对湿式离合器的摩擦元件提出了更高要求，湿式离合器的安全可靠性是影响整 车性能的关键指标。而对偶钢片是湿式离合器中的关键部件，其摩擦、磨损性能直接影响离 合器的性能与可靠性。特别是对于中重型传动离合器而言，工况大多数以高速高载为主，具 有良好性能的对偶钢片至关重要。由于中重型车辆离合器现有技术中的对偶钢片在使用过 程中出现过铜、发黑以及变形现象，导致离合器工作性能下降甚至失效，严重影响车辆的传 动性能。因此需要研制一种表面具有高硬度、高接触疲劳抗力、高耐磨性和较好耐热性的对 偶钢片。
[0003] 近年来，国内外相关研究者通过对离合器对偶钢片的试验研究以及数值计算发现 对偶钢片的大部分故障是由于打滑过程中强化的发热而在摩擦偶件中产生热应力所引起 的，主要表现为翘曲变形和表面出现裂纹，并且对偶钢片最常见的变形形式分别是碟形变 形和波浪形变形。因为在摩擦副的工作过程中，压力、线速度以及热流分布不均会产生较大 的温度梯度，过高的表面温度以及内部不均匀温度场通常导致对偶钢片发生"翘曲"，相比 之下，这些失效发生时磨损往往是微不足道的。
[0004] 目前，履带车辆行星变速箱的摩擦片主要采用铜基湿式摩擦片，对偶钢片的材料 为65Mn钢或30CrMnSiA(原钢）。然而，这两种钢都有回火脆性倾向，横向冲击韧性较差。因 此，它们可以制造耐磨，但工作温度不高的零件。飞机刹车盘用钢可以用于在550°C温度下 长期工作，与离合器摩擦副使用工况相近，综合性能良好，但在高温(600°C)下拉伸强度性 能较差。再考虑到摩擦副是成对使用的，要将飞机刹车盘用钢应用到车辆离合器摩擦副用 钢中，还需根据中重型车辆传动系统装置的使用情况，对成分进行调整，改善合金钢的高温 性能，以应用于车辆离合器对偶钢片中。
[0005] 中国专利CN1948537A公开了一种高铌高强度厚钢板钢。通过降低钢中碳含量至 0.05%-0.08 %，添加0.06 %-0.09%的铌，利用铌、钛、钼、铜等微合金元素的应变诱导析出 以及时效强化效果，但是由于碳含量太低，该合金钢常温下的屈服强度仅为585MPa，抗拉强 度为720MPa。中国专利CN104032221A公开了一种铌微合金化高碳铬轴承钢，通过添加铌的 含量为0.010-0.040%，利用铌的细化晶粒作用，以及微量固溶的铌对珠光体相变行为的显 著影响，提高钢的韧塑性。并且铌含量不宜过高，过高则会使得钢的韧塑性降低，容易发生 断裂。但是这些文献并没有对材料的接触疲劳性能、耐磨性能等性能进行研究。
[0006] 如何制备一种高硬度、高接触疲劳抗力、高耐磨性和较好耐热性的合金材料已成 为人们研究的热点之一。而将这种综合性能优异的合金材料用于对偶钢片，以替代行业内 普遍使用的对偶钢片(原钢），将具有重要的理论和工程意义。
【发明内容】
[0007] 为了解决现有技术中对偶钢片易变形、可靠性较差的问题，本发明的目的在于提 供一种高硬度、高接触疲劳抗力、高耐磨性和较好耐热性的高性能对偶钢片用Nb微合金化 合金材料。
[0008] 本发明的目的主要通过以下技术方案实现：
[0009] -种车辆离合器对偶钢片用高性能Nb微合金化合金钢，组成成分如下，按质量百 分比计：
[0010] C:0.2~0.3% ;Μη:0·55~0.67% ;Si:0.5~0.65% ;Cr:l.l~1.35% ;Μ〇:0·2~ 0.56%;￥:0.15~0.31%;他：0.03~0.053%;其余为卩6。
[0011] 本发明在组成元素中未添加钛元素，而是加入微量的Nb和V，适当减小主要元素 C、 Si、Cr含量的范围，降低P、S含量，提高钢材的纯净度，获得以奥氏体为基体，在基体上均匀 分布着细小的球状的碳化物相的微观组织。
[0012] 由于钢中杂质所形成的非金属夹杂物破坏了钢基体的连续性，因此尽可能地降低 钢材中的夹杂物，提尚钢材的纯净度，即降低钢中P、S、N等杂质含量，有利于提尚钢材的强 度，硬度和耐磨性等。
[0013] 在保证钢材较高强度的前提下，适当减小C、Si、Cr的质量分数，而通过增加合金元 素的含量来进行钢材显微组织的固溶强化和晶粒细化，以此来进一步提高钢的强度，硬度 和耐磨性。合金元素中添加一定质量分数的Nb，可以抑制晶粒长大，因此本发明确定Nb的含 量不小于0.03%。特别地，微量元素 Nb的添加，可以在不影响钢的韧塑性条件下显著提高钢 的强度。并且由于Nb的细化晶粒作用，可以大大的提高钢的冲击韧性和降低脆性转变温度。 通过大量试验研究表明，当Nb的含量达到0.053%时，Nb的析出相能够很好的抑制晶粒长 大，继续增大Nb的含量，抑制作用反而下降，因此本发明中确定Nb的含量范围为0.03%~ 0.053%〇
[0014] 试验结果表明，析出相尺寸和成分表现为含Nb碳化物颗粒尺寸在400nm左右，并且 还分布着大量50_200nm左右的含Cr、V碳化物。微合金元素 Nb的添加使得合金钢析出的奥氏 体尺寸更小，马氏体板条也更细小。加入微合金元素 Nb和V能使珠光体片间距离明显变小， 并且由于它们的沉淀强化和细晶强化作用，进一步提高了接触疲劳性能。
[0015] 综上所述，Nb微合金化的合金钢具有更致密的显微结构，对合金钢强度、耐磨性、 耐热性和抗疲劳性能发挥着至关重要的影响。
[0016] 本发明有如下优点和特点：
[0017] (1)在合金成分方面，添加了微合金元素 Nb:在钢中添加元素 Nb可以促进钢的显微 组织的晶粒细化，同时提尚钢的强度和初性，制备具有更尚强度的对偶钢片；
[0018] (2)在力学性能方面，本发明的综合力学性能优秀且高温性能突出：在抗拉性能、 屈服强度方面，尤其是在高温600°C的拉伸性能均在原钢的基础上得到大幅度的提高；
[0019] (3)在摩擦磨损性能方面，本发明在摩擦系数和磨损量方面表现均优于原钢，与飞 机刹车盘用钢相近，说明添加微合金元素 Nb后增强了钢片的耐磨性。并且疲劳寿命高于飞 机刹车盘用钢。
【附图说明】
[0020] 图1为实施例1的本发明钢、对比钢a和对比钢b奥氏体化后空冷组织的SEM图；图中 a为对比钢a，b为对比钢b，1为实施例1中的本发明钢；
[0021] 图2为实施例1的本发明钢和对比钢a在油润滑以及不同载荷下平均摩擦系数变化 曲线；
[0022] 图3为实施例1的本发明钢与对比钢b在常温干摩擦试验中不同载荷下磨损量的柱 状图；
[0023 ]图4为实施例1的本发明钢与对比钢b在600 °C高温下的摩擦系数曲线；