专利名称：分层复合组织轴类零件材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种分层复合组织轴类零件材料及其制备方法，属于冶金材料领域。
背景技术：
中高碳低合金钢轴类件工业上应用广泛，大多轴类件的生产是将轧材加工后进行相应的热处理而满足轴类零件的使用性能。采用斜轧或楔横轧技术可以直接将坯料轧成最终或接近最终尺寸的轴类件，且具有节省原料，生产效率高等特点。目前，对于中高碳低合金钢的轧制，实际生产中轧制温度大都在100(T1200 °C，轧后进行必要的热处理才能满足轴类件的使用条件，而且轧制过程中轧件易出现轧制孔洞、疏松等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分层复合组织轴类零件材料及其制备方法，这种轴类零件材料具有两层以上复合组织，外层具有高的强度与硬度，内层具有良好的抗冲击性能， 且在轧制过程中可有效避免疏松孔洞等轧制缺陷的出现，成形后不再需要热处理与大量切削加工。本发明的分层复合组织轴类零件材料，其特征是材料为化学成分中含C 0. 40-1. 5wt%，其他合金含量总和小于5wt%的中高碳低合金钢；该材料具有两层以上复合组织，外层具有高的强度与硬度，抗拉强度70(T1200 Mpa，硬度55飞5 HRC，内层具有良好的抗冲击性能冲击韧性akv值大于45 J/cm2。所述材料的制备方法是将所述中高碳低合金钢坯料加热到轧制温度 100(Tl20(rC后，再处理成外层温度低心部温度高的轧制坯料，要求轧坯表层温度在A1温度以下300°C范围内，心部仍为正常轧制温度，进行单道次斜轧或楔横轧。材料成形后外层低温层形成晶粒尺寸小于10微米的细小晶粒及亚微米量级第二相颗粒尺寸的超细组织，而内层为正常轧制组织(珠光体、铁素体或贝氏体等)。本发明的优点是该轴类零件材料具有分层的复合组织，内外层性能存在一定的差异性，外层具有较高的强度与硬度，内层具有较好抗冲击性，成形后不需要热处理和大量的切削加工；特别适用于中高碳低合金钢棒类及轴类零件的制造。
图1是本发明实施例1获得材料的分层组织扫描电镜图； 图2是本发明实施例1获得材料的内层组织金相图3是本发明实施例1获得材料的外层组织扫描电镜图。
具体实施例方式实施例1 将化学成分为 C 0. 50 wt %，Si 0. 37 wt %，Mn 0. 80 wt %，Cr 0. 4 wt %，Ni 0. 30 wt %，P<0. 03 wt %，S<0. 03 wt %，余量为！^的中碳低合金钢Φ 50棒材，加热到轧制温度1200 °C，将棒料取出，放入20 ！水中快冷7 s后，迅速取出，此时轧制坯料棒材表面温度约为650 °C，心部仍为1200 °C，进行楔横轧成形，平均压下量约25%，成形后空冷至室温。成形过程中由于棒材表面存在低温硬壳层，改变轧件轧制过程中的受力条件，减小了轧件心部出现轧制疏松缺陷的可能性，同时外层由于轧制温度低，轧后组织明显细化， 强度与硬度明显提高，且与心部组织明显不同，具有明显组织分层特征，见图1 ；图2为心部的片状珠光体与先共析铁素体组织金相照片；图3为外层微米级铁素体与细小渗碳体颗粒复相组织。实施例2:将化学成分为 C 0.40 Wt %，Si 0.25 wt %，Mn 0. 75wt %, Cr 1. 05wt %， Mo 0. 20 wt %，P<0. 03 wt %，S<0. 03 wt %，余量为1 的中碳低合金钢Φ 60棒材，加热到轧制温度1150 °C，将棒料取出，放入20 ！水中快冷5 s后，迅速取出，此时轧制坯料棒材表面温度约为680 °C，心部仍为1150 °C，进行楔横轧成形，平均压下量约30%，成形后空冷 IOs后，水冷至室温。成形过程中由于棒材表面存在低温硬壳层，改变轧件轧制过程中的受力条件，轧件心部没有轧制疏松等缺陷，同时外层由于轧制温度低，轧后组织明显细化，强度与硬度明显提高，且与心部组织明显不同，具有明显组织分层特征，心部为贝氏体与珠光体混合组织，外层为低碳马氏体与细小渗碳体颗粒，外层硬度较高HRC 62，心部韧性较好冲击韧性akv(J/cm2)大于45。实施例3 将化学成分为 C 0. 95 Wt %，Si 0. 21 wt %，Mn 0. 30 wt %，Cr 1. 2 wt %，Ρ<0· 03 Wt %，S<0. 02wt %，余量为Fe的中碳低合金钢Φ 60棒材，加热到轧制温度1050 °C，将棒料取出，放入20 ！水中快冷5 s后，迅速取出，此时轧制坯料棒材表面温度约为 600 V，心部仍为1050 V，进行斜轧轧成形，平均压下量约20%，成形后空冷1 后油冷至室温。成形过程中由于棒材表面存在低温硬壳层，改变轧件轧制过程中的受力条件，轧件心部未出现轧制疏松等缺陷，同时外层由于轧制温度低，轧后组织明显细化，且与心部组织明显不同，具有明显组织分层特征，心部为珠光体与贝氏体组织，外层为晶粒细小铁素体(平均尺寸约为5微米)与弥散分布的渗碳体颗粒(颗粒尺寸小于1微米)。
权利要求
1.一种分层复合组织轴类零件材料，其特征是材料为化学成分中含C 0. 40-1. 5wt%, 其他合金含量总和小于5wt%的中高碳低合金钢；该材料具有两层以上复合组织，外层具有高的强度与硬度，抗拉强度70(T1200 Mpa，硬度HRC55飞5，内层具有良好的抗冲击性能冲击韧性akv值大于45 J/cm2。
2.一种根据权利要求1所述的分层复合组织轴类零件材料的制备方法，其特征是将所述中高碳低合金钢坯料加热到轧制温度100(T1200 °C后，再处理成外层温度低心部温度高的轧制坯料，要求轧坯表层温度在A1温度以下300°C范围内，心部仍为正常轧制温度，进行单道次斜轧或楔横轧，成形后空冷至室温。
3.根据权利要求2所述的分层复合组织轴类零件材料的制备方法，其特征是材料成形后外层低温层形成晶粒尺寸小于10微米的细小晶粒及亚微米量级第二相颗粒尺寸的超细组织，而内层为正常轧制组织。
全文摘要
本发明涉及一种分层复合组织轴类零件材料及其制备方法，其特征是材料为化学成分中含C0.40-1.5wt%，其他合金含量总和小于5wt%的中高碳低合金钢；该材料具有两层以上复合组织，外层具有高的强度与硬度，内层具有良好的抗冲击性能。其制备方法是将坯料加热到轧制温度后，再处理成外层温度低心部温度高的轧制坯料，要求轧坯表层温度在A1温度以下300℃，心部仍为轧制温度，进行单道次斜轧或楔横轧。其优点是该轴类零件材料具有分层的复合组织，内外层性能存在一定的差异性，外层具有较高的强度与硬度，内层具有较好抗冲击性，成形后不需要热处理和大量的切削加工，适于制造汽车、发动机与机械结构等轴类件以及电机轴类零件等。
文档编号B21B1/16GK102425595SQ201110362480
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者仇平, 傅万堂, 吕知清, 肖宏 申请人:燕山大学