一种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢及其制备方法

专利名称：：一种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢及其制备方法
技术领域：
：本发明属于冶金
技术领域：
，涉及一种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢，还涉及该种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢的熔炼、锻造、热处理等制备和工艺方法。
背景技术：
：自易切削钢问世以来，至今已有80多年的历史，其发展的速度非常惊人。目前全世界每年约有500万吨易切削钢的消耗量，大部分都消耗在发达国家，而其中的一半以上是由美国和日本生产的。我国从50年代就开始生产易切削钢，产量由每年几千吨增加到现在的每年十几万吨。但无论从数量和品种上都与国外存在较大差距，因此每年都要从国外进口大量的易切钢材料，进口的成本很高。现在的泥浆泵重载齿轮主要使用含铅易切钢材料，对易切钢材料的主要技术要求是齿面硬度达到HB270~320。国内曾经开发了一种含铅易切钢，满足了对材料切削性能和力学性能方面的要求，然而该种含铅易切钢在炼钢、锻造和机械加工中均表现出毒性，对生产人员的健康直接构成了威胁，最终使该含铅易削钢的生产研发被迫停止。继而齿轮用钢又改用42CrMoT材料，如果完全按照图纸的机械性能要求，则切削加工难度很大，生产效率降低，为此只好降低齿面硬度(一般为HB180220)，这又导致了齿轮的早期点蚀，严重时会导致齿轮报废。因此选用42CrMoT调质钢生产泥浆泵齿轮也不适应现代生产实际使用的要求，迫切需要一种切削加工性能良好，又能满足力学性能要求的新钢种。
发明内容本发明的目的是幵发一种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢，解决现有的无铅易切钢切削加工难度大，齿轮的早期点蚀严重的问题，达到使该种无铅易切钢具有良好的切削性能和热加工性能。本发明的另一目的是提供上述无铅易切钢的熔炼、锻造、热处理的制备工艺方法。本发明采用的技术方案是，一种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢，按质量百分比由以下组分组成C为0.320.38%、Si为0.200.40%、Mn为1.001.30%、Mo为0.250.35%、Cr为0.91.1%、S为0.080.10%、B为0.0010.005%、Re为0.040.08%、Ti为0.010.03%，其余为Fe。本发明采用的另一个技术方案是，一种制备上述无铅易切钢的方法，该方法按以下步骤进行步骤l:熔炼工艺，采用相应炉料和元素烧损率进行配料计算，称取各组分铁合金的质量，稀土、硼元素以稀土硅铁和硼铁的形式，在出钢前直接加入炉内钢液中，在添加稀土处理钢液时要强烈搅拌，随即出钢，出钢温度控制在1630°C±10°C，浇注温度控制在1580aC±10°C，按"低温快浇"原则进行浇注，加入覆盖剂，使钢液不外露；步骤2:锻造工艺，对步骤1所得到的钢锭进行锻比《6的锻造加工，开锻温度为1150°C1200°C，终锻温度为870°C900°C，加热方式为空气炉加热；步骤3:热处理工艺，对步骤2所锻后得到的钢锭，保持淬火温度为850士20。C油淬，回火温度为560±20°C，既得。所述的步骤l中，硫元素的加入方式采用炉中增S，并以硫化亚铁的形式加入。本发明的有益效果是，使本发明的无铅易切钢具有良好的切削性能和热加工性能，解决了现有的无铅易切钢切削加工难度大，齿轮的早期点蚀严重的问题。图1是本发明的无铅易切钢铸态和锻态的夹杂物形貌图，其中，a是铸态夹杂物形态图，b是锻态夹杂物形态图2是本发明的无铅易切钢拉伸和冲击断口形貌图，其中，a是拉伸试样断口形貌图，b是冲击试样断口形貌图3是本发明的无铅易切钢与42CrMo钢主切削力Fz与切削速度V的关系比较图4是本发明的无铅易切钢与42CrMo钢切削温度T与切削速度V的关系图5是本发明的无铅易切钢的热处理组织形貌图，其中a为钢的退火组织形貌图，b为淬火组织形貌图，c为调质组织形貌图6是本发明的无铅易切钢的回火温度对硬度的影响图7是本发明的无铅易切钢的实施例横向冲击断口组织图，其中，a是试样横向断口的低倍扫描照片组织图，b是为试样断口的剪切唇区组织图，c是韧窝状断口组织图，d是韧窝状断口组织图8是本发明的无铅易切钢的实施例纵向冲击断口组织图，其中，a是试样断口低倍扫描照片组织图，b是试样断口在靠近缺口部位为脆性断口组织图，c是试样在远离缺口部位出现韧性断口组织图，d是试样在远离缺口部位出现韧性断口组织图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明的无铅易切钢遵从以42CrMo钢为对比钢种、适当提高钢中的硫含量以改善切削性能、添加稀土、钛元素对夹杂物进行改性处理、并微调碳、锰含量和添加硼元素改善热加工性能的思想，采用真空炉炼钢、空气中频炉炼钢、锻造、热处理、切削性能和机械性能测试等研究步骤，优选出切削性能、机械性能和热加工性能良好的新钢种—--无铅35CrMnMoRS易切钢(以下简称无铅易切钢)，再通过工厂电弧炉进行生产性炼钢、锻造、热处理和齿轮切削加工试验。本发明的无铅易切钢的具体成分见表1。在钢液中添加的成分由基础成分和易切成分两部分组成。添加的基础成分保证钢的强度和热加工性能，添加的易切成分保证钢的易切性能。表1本发明的无铅易切钢添加的组成成分含量成份CSiMnMoCrSBReTi含量0.320.201.000.250.90.080.0010.040.01%0.380.401.300.351.10.100.0050.080.03(注本表为各添加的元素，其余为Fe)本发明的无铅易切钢的基础成分与作用分析如下碳保证强度、硬度与塑性、韧性的良好配合的关键元素。本发明的无铅易切钢成份设计中，依然采用中碳调质钢。国家标准中42CrMo钢中的碳含量C:0.38%0.45%，由于本发明的无铅易切钢中的合金元素的含量比基础钢高，提高了强度。因此，可适当降低本发明的无铅易切钢的碳含量，一方面可以减少钢锭锻造时的难度，改善合金钢的韧性，确定的碳含量占总质量为0.32%0.38%。锰锰元素不但可以提高钢的强韧性，而且提高硫系易切钢的切削性能。从钢强韧化角度考虑，锰和铁形成固熔体组织，提高钢中铁素体的硬度和强度。锰又是碳化物形成元素，形成合金渗碳体提高钢的强度。锰降低珠光体临界转变温度，起到细化珠光体组织的作用，提高珠光体强度。从切削性能角度考虑，锰元素与硫系易切钢中硫生成硫化锰夹杂物，改善钢的切削性能。本发明钢种是用于制造重载齿轮，要求淬透性高于42CrMo钢或与42CrMo钢持平，增加锰的含量还可以增加钢的淬透性。锰元素在钢中以强化铁素体、增加淬透性和易切削元素加入，锰含量占总质量确定为1.00%1.30%。铬铬元素主要作为强化铁素体元素加入，对钢种的切削性能影响不明显，故保持原钢种42CrMo中的Cr含量，Cr含量占总质量确定为0.9%1.1%。钼钼元素不仅可以提高钢的淬透性，而且还可以消除或降低材料因锰含量过高引起的晶粒粗大和回火脆性敏感等不良影响。其含量占总质量定为0.25%0.35%。硼微量硼对钢的淬透性又有显著的作用，用价格低廉的硼替代部分钼、铬等价格昂贵的元素，达到降低成本、节约合金元素两个目的。硼的突出作用是微量的硼可以成倍增加钢的淬透性。当硼的加入量为0.0025%时，其效果最好，硼含量过高对淬透性不再影响，故在设计中将其含量占总质量定为0.001%0.005%。硅一方面加入硅元素可以提高固熔体的强度，增加钢的淬透性；另一方面，硅是一种脱氧元素，在钢中常伴随有Si02、硅酸盐夹杂物生成，这类夹杂物一般具有高的熔点和高的硬度，在刀具切削过程中加剧刀具磨损。由于炼钢中加入的炉料均含有较高的硅含量，特别是要加入稀土硅铁时，不可避免的引入硅元素，将硅的含量占总质量限定为0.20%0.40%。本发明的无铅易切钢中易切削元素成分与作用分析如下-硫硫元素是最常用的易切削元素，无毒。以切削性能为主的硫及硫复合系易切削钢，硫含量在0.20°%0.40%之间；以力学性能为主、切削性能为辅的易切削钢，硫含量在0.04%0.07%;重要结构件硫含量可选0.08%0.13%。为了保证钢的力学性能，将其硫含量占总质量定为0.08%0.10%。钛硫系易切削钢中加入微量的钛元素，可以进一步提高钢的切削性能。钛系易切削钢是一种新型易切削钢，由于钛细化了晶粒，并增加了淬透性，在改善不锈钢的切削性能方面效果显著。其缺点是低速切削性不佳。本发明采用Re—S、Ti一S系易切钢能改善钢的力学性能和切削性能的思想，加入微量钛元素，其含量占总质量为0.01%0.03%。Re:钢中加入稀土元素能够改变夹杂物(特别是硫化物)的类型和形态。钢中加铈后使沿晶界分布的硫化物改变为分布于晶内的球状硫化物，或者使块状硫化物(III类)改变为球状硫化物(I类)。稀土改变钢中硫化物形态的公式，即Re/S》1.5时，可以控制硫化物的形态完全为球状。据此确定稀土Re含量占总质量为0.04%0.08%。本发明的无铅易切钢的制备方法，按以下步骤实施，步骤l、熔炼工艺。在易切钢中，夹杂物的组成、形态、分布以及体积分数对钢种的切削性能和机械性能有着至关重要的影响。钢的冶炼工艺影响夹杂物的形成。本发明的无铅易切钢可采用真空感应电炉熔炼、空气感应电炉熔炼或空气电弧炉熔炼。本发明的熔炼工艺中配料时要注意第一、为了保证配料准确，炉料应无油少锈，少用钢屑量。第二、弄清炉料的化学成分，在使用合金钢炉料时，避免引进与本钢种无关的杂质元素。第三、减少合金元素的烧损，保证收得率，各种合金的适当加入时间和收的率应充分考虑。本发明的无铅易切钢在熔炼过程中，合金元素的加入没有特殊要求，可按一般合金钢的熔炼方式加入炼，关键在于稀土元素、钙和硫元素的加入方式和合理的加入时间。由于稀土元素与氧的亲和力很强，使得钢中稀土的加入方法成为一个具有独特意义的问题。稀土加入钢中一般出现下列问题Re203，Re202S比重与钢液相近或稍高，易在底部形成锥偏析；出现二次氧化问题，硫被还原到钢水中去，有可能在凝固过程中出现II类硫化物，而二次氧化后的稀土不再具有变性作用；回收率不稳定。因此，在添加稀土处理钢液时，应保证低的氧含量，加入稀土时要强烈搅拌，使反应产物小且均匀分布。稀土元素添加采用稀土硅铁合金或混合稀土金属，采用包中压入、模内吊挂等。在加入稀土时，可同时加入Si—Ca合金，钙的作用是保护稀土不致氧化，有利于稀土在钢中溶解分解，提高稀土回收率。硫元素的加入方式采用炉中增S，并以硫化亚铁的形式加入，以保证收得率。本发明的无铅易切钢在浇铸过程中控制出钢温度在1630°C±10°C，浇铸温度控制在1580°C±10°C，严格控制铸温铸速，铸速应保持平稳，调速不应过急，防止钢锭产生横裂。步骤2、锻造工艺，由于本发明的无铅易切钢含S量高，又属于大型锻件，锻比大，必须严格控制锻造工艺。锻造工艺为，钢锭开锻温度为1150。C1200。C，终锻温度87(TC90(TC。加热方式为空气炉，加热时间按锻件大小尺寸确定。由于本发明的无铅易切钢的终锻温度较高，有可能使得晶粒粗化，为了细化晶粒，锻后可进行一道退火操作。步骤3、热处理工艺，锻造完的毛坯在初车、插齿等机械加工前要进行热处理。热处理对夹杂物的影响不大，工艺中只需控制淬火温度为850±2(TC油淬，保温两小时；回火温度为560±20°C，保温3小时，既得。本发明的无铅易切钢的力学性能分析.-为了比较将本发明的无铅易切钢与42CrMo进行同样锻比的锻造和相同工艺的热处理，分别进行常规力学性能检测。拉伸性能按照国标GB228—76进行，冲击性能采用V形缺口试样并按照国标GB2106—80进行，分别测试了两种材料的橫向与纵向冲击韧性。表2是两种钢的性能比较，可以看出本发明的无铅易切钢力学性能与42CrMo钢的非常接近，从力学性能和热加工性能方面可以替代42CrMo钢。表2、本发明的无铅易切钢与42CrMo钢的力学性能比较<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>注锻比为6，85(TC油淬，56(TC回火如图1所示，为本发明无铅易切钢铸态和锻态(锻造比为6)夹杂物形态图。a中所示，铸态夹杂物以硫化锰为主，含铁、稀土等元素，以球状、点状分布。b中所示，锻造后少部分大夹杂物被拉长，点状夹杂物依然保持原有形态。这种良好的形貌保证了较高的横向冲击性能。如图2所示，为本发明无铅易切钢种的拉伸和冲击断口形貌图。其中a为本发明无铅易切钢种的拉伸试样断口形貌；b为本发明无铅易切钢种的冲击试样断口形貌。两种断裂方式的断口均为塑性断口，为大小不均的典型韧窝形貌，大的韧窝底部可见球形夹杂物。断口形貌表明本发明的无铅易切钢合金化是合理的。本发明的无铅易切钢切削性能分析切削试验是在C620-l型车床上进行干切外圆车削试验。另备八角环式测力架、电阻动态应变仪、x-y函数记录仪、电子电位差计等。试验用刀具为YT15，几何参数Y0二60，a0=a0/=60，"=60，kr=750，kr/=150。切削参量为进给量f二2mm/r，切削深度ap-2mm.观察不同转速下切削的形状、颜色等。测试本发明的无铅易切钢切削性能，并与42CrMo钢相同状态下的切削性能进行比较。如图3所示，为上述两种材料切削力与切削速度之间的关系图，图3表明本发明的无铅易切钢(S—R)的主切削力明显低于42CrMo的主切削力，在10m/min80m/min的切削速度范围，本发明的无铅易切钢主切削力变化平缓，表现出良好的易切削特性。如图4所示，是用热电偶输出电压表征温度的切削温度与切削速度的关系图，本发明的无铅易切钢(S—R)在切削速度范围表现较低的切削温度(比42CrMo小的电位差读数)。反映出本发明的无铅易切钢的易切特性。由于硫和稀土元素的引入，改善了本发明的无铅易切钢的切削加工性能。从切削实验的结果看，本发明的无铅易切钢的切削力、切削温度、断屑等情况均优于原钢种42CrMo。实施例1真空冶炼，原材料全部采用真空炉料，铸锭尺寸为01400120X300锥台，按下述步骤进行，步骤l:熔炼工艺，采用相应炉料和元素烧损率进行配料计算，称取各组分铁合金的质量，稀土、硼元素以稀土硅铁和硼铁的形式，在出钢前直接加入炉内钢液中，随即出钢，出钢温度控制在1620±20°C，浇铸温度控制在1570±10°C，按"低温快浇"原则进行浇注，加入覆盖剂，使钢液不外露。步骤2:锻造工艺，对步骤1所得到的钢锭进行锻比《6的锻造加工，开锻温度为1150±20°C，终锻温度为870±10°C，加热方式为空气炉加热。步骤3:热处理工艺，对步骤2所锻后得到的钢锭，保持淬火温度为830土1(TC油淬，回火温度为540±10°C，既得。投料时钢的设计成分和炼钢结束钢成分化验结果见表3。可以看出，钢的实际成分基本达到设计要求。需说明的是，由于采用了真空炉料和真空冶炼，配料成分与铸锭的化验成分很接近，但稀土元素差别较大。为模拟大齿圈的锻造条件，选用实际生产中的锻比(锻造比为6)，对钢锭进行了锻造，锻成05O的园棒料，锻造中未发现裂纹等缺陷。表3真空冶炼时本实施例的无铅易切钢设计成份和化验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>范围,％<七验0.360.201.290.870.230.0650.0040.050.01结果,％锻成的本实施例的无铅易切钢与42CrMo钢(市购)一起进行调质处理，硬度达到HB320340。进行定性的对比切削试验，发现42CrMo钢在此硬度下难以切削，而本实施例的无铅易切钢表现出良好的切削性能。本实施例的无铅易切钢的真空冶炼、锻造、热处理性能良好，无特殊要求，能够满足工厂的生产实际；在其它条件相同的情况下，本实施例的无铅易切钢在HB340的硬度下，其切削性能明显优于42CrMo钢。实施例2中频空气炉炼钢，考虑生产中常用空气电弧炉炼钢，与空气直接接触，为了使真空炉确定的易切钢成分能符合实际生产条件，我们采用50kg中频感应炉进行了空气炉炼钢试验。炉料全部为空气炉料，中间合金的具体牌号见表4，中间合金成分见表5，并采用稀土、钛进行改性处理，按下述步骤进行，步骤l:熔炼工艺，采用相应炉料和元素烧损率进行配料计算，称取各组分铁化合物的质量，稀土、硼元素以稀土硅铁和硼铁的形式，在出钢前直接加入炉内钢液中，随即出钢，出钢温度控制在1610±20°C，浇铸温度控制在1570土1(TC，按"低温快浇"原则进行浇注，加入覆盖剂，使钢液不外露。步骤2:锻造工艺，对步骤1所得到的钢锭进行锻比《6的锻造加工，开锻温度为1170±10°C，终锻温度为880±20°C，加热方式为空气炉加热。步骤3:热处理工艺，对步^骤2所锻后得到的钢锭，保持淬火温度为-850士10。C油淬，回火温度为560士1(TC，既得。表4、中间合金牌号<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表7本实施例的配料成分和化验结果化学成分CSiMnCrMoSBReTi配料0.320.401.01.10.350.10.0010.040.03成分，％钢锭化0.340.371.051.040.310.0860.0000.010.02验成分,％表7中列出'了钢锭化验成分，可以看出，钢锭成分与配料成分基本一致，符合本发明的无铅易切钢成分要求。对钢锭进行锻造，开锻温度为1170士1(TC，终锻温度880士2(TC，加热时间120分钟，箱式炉加热，50吨的空气锤自由锻，锻成①55，锻造比为6。空气炉中冶炼的本实施例的无铅易切钢锻造性能良好。将055的本实施例试样与①55的42CrMo进行调质处理，其淬火温度为85(TC士10。C油淬，保温1小时，回火温度560。C士10。C，保温3小时，空冷。本实施例的无铅易切钢处理后的硬度为HB330，42CrMo为340,抗拉强度为975MPa，接近42CrMo钢的1150MPa，延伸率为11.3%，与42CrMo钢的12%相当，纵向冲击韧性为7.6kgfin/cm2，与42CrMo钢的8.6kgfoi/cm2接近，横向冲击韧性为4.8kgfm/cm2，比42CrMo钢的差，但符合硫系易切钢的要求。42CrMo钢在HB340硬度下很难切，为此对其进行600°C±10°C的回火，将其硬度降至HB260进行切削试验，结果如表8和表9所示。可见本实施例的无铅易切钢在高硬度下仍具有切削力小、切削温度低等特点。表8、42CrMo(小50mm)切削力测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表9、本实施例的无铅易切钢(*50)切削力测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>本实施例的无铅易切钢适合空气炉冶炼，锻造、热处理性能良好，机械性能与42CrMo钢接近，表现出良好的易切性。实施例3生产性电弧炉冶炼，在真空、中频炉冶炼实施成功的基础上，针对本发明的无铅易切钢的成分和生产工艺，按照表l给出的组成成分，结合具体的生产条件进行炼钢、锻造、热处理和齿轮加工，按以下步骤实施，步骤l:熔炼工艺，采用相应炉料和元素烧损率进行配料计算，称取各组分铁合金的质量，稀土、硼元素以稀土硅铁和硼铁的形式，在出钢前直接加入炉内钢液中，随即出钢，出钢温度控制在1620±20°C，浇铸温度控制在1570士20。C，按"低温快浇"原则进行浇注，加入覆盖剂，使钢液不外露。步骤2:锻造工艺，对步骤1所得到的钢锭进行锻比《6的锻造加工，开锻温度为1180±20°C，终锻温度为880士20。C，加热方式为空气炉加热。步骤3:热处理工艺，对步骤2所锻后得到的钢锭，保持淬火温度为860土1(TC油淬，回火温度为570士10。C，既得。本实施例采用电弧炉熔炼，本发明的无铅易切钢是一种微合金中碳调质钢，微量合金元素和易切削元素的加入，增加了熔炼难度。熔炼工艺要点主要有熔化、氧化、还原渣子变白前同以往一样正常操作；保持白渣20分钟左右，取样分析，拔除三分之二碱性还原渣，依来样残S量往炉内加入硫铁，随即加入火砖块大颗粒镁砂造亚酸性渣，推渣搅拌，用碳硅粉继续还原，当渣变黄后，调整成分，继续还原；出钢前3分钟左右，加Si—Fe，Si—Al一Ba，推渣搅拌；出钢前按要求往炉内加入稀土，Ti一Fe，搅拌均匀，按0.3kg/T把B—Fe(含量18.8%)插入炉内钢液中，随即出钢。出钢温度控制在1620士20°C，浇注温度控制在1570土20。C，按"低温快浇"原则进行浇注，加入覆盖剂，使钢液尽量不外露。关于合金元素的配料原则，Cr、Mn含量按中上限加入，火砖块、大颗粒镁砂按6:4配比，S—Fe含量按50X，收得率按90%，B—Fe，Ti一Fe收得率按50X。在稀土元素加入炉内前，炉前化验的S含量达到成分设计的上限，而稀土的加入量按照0.09%的含量加入，依次来测试S和稀土元素的回收率。按照上述措施熔炼后，对钢锭的化学成分经过化验，发现其合金元素B、Ti等元素的含量达到了设计要求，而S的含量为0.033%,稀土含量为0.04%。分析认为，稀土元素采用炉内加入，由于钢液中的S元素含量比普通钢的高，因而极易生成Re2S3夹杂物，该夹杂物比重较钢液的轻，在随后钢液的出钢、镇静、浇注等过程中，提供了稀土硫化物进入钢渣的条件，从而造成了稀土和S元素的双重损失，稀土元素的加入没有起到夹杂物改性的作用，相反起的是净化钢液、出硫的作用。因此，为了使钢中硫的含量能够达到设计要求，必须增加S—Fe的加入量。对铸锭成分的化验结果如表10所示。表10、本实施例配料成分和生产性化验成分比较<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>从化验成分可以看出，S、B、Ti微合金元素均达到设计成分的要求，说明这三种元素的加入方法在实际生产中是可行的。但遗憾的是稀土元素改性的含量远低于设计成分，这主要是稀土元素直接在熔炼后期以稀土硅铁的形式充入钢液中，在钢中主要起着脱氧、脱硫的作用，对夹杂物的改性作用减小，使得稀土的含量很低。本实施例的无铅易切钢的锻造工艺大量FeS夹杂的存在，引起钢的热脆。本实施例的无铅易切钢S元素是以合金元素的形式加入，起着改善切削性能的作用，增加钢锭在锻造过程的难度。但由于Mn、Ti、稀土元素的加入，改变了夹杂物的组成和形态，从而避免了钢的热脆发生。在实际锻造过程中，提高钢的终锻温度，可以减小钢在低温锻造过程中出现的锻造变形应力增大，在夹杂物与基体界面形成大的应力集中，从而萌生裂纹，另一方面，提高终锻温度，还可起到改善钢力学性能的各向异性，故在锻造过程中，将其终锻温度定为880士2(TC。具体的锻造工艺为开锻温度为1180±20°C，终锻温度为880士2(TC，锻造工艺大致分为倒棱一切口一镦粗一冲孔一扩孔一去氢退火，总共进行了3次加热，锻造比为5。可ii，本实施例的无铅易切钢的锻造比较大，但由于采用了镦粗拔长的工艺，改善了钢的横向塑性和韧性。从锻造过程看，同时锻造的三件试样均未出现缺陷或裂纹，说明本实施例的无铅易切钢具有优良的锻造性能。本实施例的无铅易切钢的热处理工艺本实施例的无铅易切钢在锻造终了时往往得到粗大而不均匀的再结晶晶粒，奥氏体晶粒度一般在34级，这一方面是由于锻造时各部分变形不均匀，另一方面锻件不能一火锻成，需要进行多次加热、锻造。为了保证锻件具有良好的机械性能，获得细小而均匀的晶粒是重要的条件。所以，在热处理要注意晶粒的细化和均匀化问题。去氢退火时，一方面可以防止白点的生成，另一方面还可细化组织。此外，为了加工方便而进行了退火工艺也可以起到组织细化的作用。多项研究指出，钢中的夹杂物对钢的热处理性能影响甚微。因此，在生产性试验中，本实施例的无铅易切钢热处理工艺完全与42CrMoT钢的一致，其淬火温度为860±10°C，保温两小时，冷却介质为零号柴油循环冷却。回火温度570土1(TC，保温3小时。经测定，用该工艺调质后的硬度为320HB。如图5所示，为试验钢的常规热处理组织形貌图，其中a为钢的退火组织形貌图，b为淬火组织形貌图，c为调质组织形貌图。如图6所示，为试验钢的回火温度对硬度的影响图。从图中可看出，该钢在560°C±10°C以下回火时有良好的抗回火稳定性，超过560°C±10°C时，硬度明显降低。目前泥浆泵重载齿轮用钢的齿面硬度要求在270340HB，故该钢以在55(TC士1(TC左右回火为宜。本实施例的无铅易切钢由于S元素的含量较高，降低了钢的力学性能，特别是钢的横向机械性能。表12是力学性能测定数据，除了横向冲击韧性略低于设计要求外(akv>48J/cm2)，其它力学性能指标均超过设计安全要求。横向性能的下降，与夹杂物的形态密切相关。表12、本实施例的无铅易切钢试验例的力学性能测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>如图7所示，为试样横向实验冲击断口组织图。其中图a为横向断口试样的低倍扫描照片，图b箭头指向b点为断口的剪切唇区，对应b，在断口分布着大小不一的韧窝，长条MnS夹杂分布于韧窝中，断口为韧性断口，图c对应箭头指向c点，在此区域，既有韧窝状断口相貌，又有准解理，材料韧性变差，图d对应箭头指向d点，与c点的形貌相同。如图8所示，图a为试样纵向实验的冲击断口组织图。其中图a为纵向实验的冲击断口试样的低倍扫描照片，图b中箭头指向b点为断口在靠近缺口部位为脆性断口，图c中箭头指向c点在远离缺口部位出现韧性断口，图d中箭头指向d点在远离缺口部位出现韧性断口。所不同的是，试样纵向的夹杂物呈球状分布，与长条状MnS相比，增加了裂纹扩展的阻力，相应的冲击韧性值也较高。值得注意的是，对图C中的夹杂物进行了能谱分析，表明该夹杂物多为氧化锰和氧化铁的共生夹杂物。从实施例来看，说明本发明的无铅易切钢能够实现规模化生产。本发明的无铅易切钢的熔炼、锻造性能优异，切削性能明显优于42CrMoT钢，这将极大的提高生产效率和经济效益。根据本发明的无铅易切钢的锻造实践，可考虑将终锻温度下降至860°C±10°C。齿轮经调质处理后，进行刨齿加工，具体的加工工艺按照42CrMoT#|的工艺，经现场测试，本发明的无铅易切钢在调质硬度达HB320左右时，其切削性能优于42CrMoT钢，齿轮表面光洁度提高一个等级，刀具寿命提高至少一倍。用本发明的无铅易切钢制作的三件大齿圈泥浆泵重载齿轮试验样品在油田试验性使用，跟踪情况表明，该三件大齿圈泥浆泵重载齿轮运转情况良好。这些都充分说明，本发明所述的35CrMnMoRS无铅易切钢，符合国家环保、高效的政策，可广泛应用于石油、制糖、轧钢等行业的重载齿轮。权利要求1、一种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢，其特征在于按总质量百分比，由以下组分组成，C为0.32～0.38％、Si为0.20～0.40％、Mn为1.00～1.30％、Mo为0.25～0.35％、Cr为0.9～1.1％、S为0.08～0.10％、B为0.001～0.005％、Re为0.04～0.08％、Ti为0.01～0.03％，其余为Fe。2.、一种制备权利要求1所述的无铅易切钢的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行，步骤l:熔炼工艺，采用相应炉料和元素烧损率进行配料计算，称取各组分铁化合物的质量，稀土、硼元素以稀土硅铁和硼铁的形式，在出钢前直接加入炉内钢液中，在添加稀土处理钢液时要强烈搅拌，随即出钢，出钢温度控制在1630。C士1(TC，浇注温度控制在1580°C±10°C，按"低温快浇"原则进行浇注，加入覆盖剂，使钢液不外露；步骤2:锻造工艺，对步骤1所得到的钢锭进行锻比《6的锻造加工，开锻温度为1150°C1200°C，终锻温度为870°C900°C，加热方式为空气炉加热；步骤3:热处理工艺，对步骤2所锻后得到的钢锭，保持淬火温度为850士20。C油淬，回火温度为560±20°C，既得。3、根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的步骤l中，硫元素的加入方式采用炉中增S，并以硫化亚铁的形式加入。全文摘要本发明公开了一种中硬齿面重载齿轮用无铅易切钢，由基础钢和易切元素构成，各组分包括C为0.32～0.38％、Si为0.20～0.40％、Mn为1.00～1.30％、Mo为0.25～0.35％、Cr为0.9～1.1％、S为0.08～0.10％、B为0.001～0.005％、Re为0.04～0.08％、Ti为0.01～0.03％，其余为Fe。本发明还公开了上述的易切钢的制备方法，进行熔炼时，稀土、钛元素应在出钢前加入到钢液中，出钢温度控制在1630℃±10℃，浇注温度控制在1580±10℃，浇铸成锭。再进行锻比≤6的锻造加工，钢锭开锻温度为1150～1200℃，终锻温度870～900℃。最后经过850±20℃油淬，560±20℃回火，即得本发明的易切钢。本发明所述的易切钢生产成本降低，而且各种机械性能达到了使用要求。文档编号C22C38/32GK101168824SQ20071001906公开日2008年4月30日申请日期2007年11月15日优先权日2007年11月15日发明者颢张,涛李,武占学,赵麦群,陈立人申请人:西安理工大学