一种贝氏体钢、贝氏体钢薄壁环状零件及其制造方法与流程

本发明属于钢材加工，具体涉及一种贝氏体钢、贝氏体钢薄壁环状零件及其制造方法。

背景技术：

1、变速器核心零部件中存在较多的承受重载的薄壁环状零件，如同步器齿套、大齿圈等，其材质一般采用低合金渗碳钢，经过渗碳热处理提升性能；在渗碳淬火过程中由于热应力和组织应力存在，同时因其薄壁结构，易发生严重变形导致零件的精度差、产品可靠性低，另外，零件变形大导致产品合格率低下，生产和管理成本高。

2、目前行业内多采用但是，会存在以下弊端；

3、1)热处理过程中压淬工艺需投入高昂的模具费用；

4、2)压淬需进行二次加热，能耗大、工序冗长、生产效率低；

5、3)压淬过程属于为单件操作，生产节拍缓慢，不适合大批量生产；

6、4)压淬过程不仅需准备淬火使用的冷却油以及盛装冷却油的油槽，后续还需进行清洗、回火等工序，使得整个工艺流程繁琐，工艺成本较高；

7、5)淬火液环保性差，对环境保护不利，同时高温油气对操作人员身体健康有一定的危害。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种贝氏体钢、贝氏体钢薄壁环状零件及其制造方法，以克服现有低合金渗碳钢渗碳淬火工艺制造薄壁环状零件时易发生严重变形、能耗高、成本高、环保性差的问题。

2、一种贝氏体钢，按重量百分比计，由以下元素组成：c 0.25％～0.35％，si 0.5～1.5％；mn 0.8～2.2％，cr 0.4-0.7％，mo 0.1～0.3％，s 0.01～0.025％，p≦0.025％，al0.035～0.1％，nb 0.01～0.03％，余量为fe。

3、进一步的，其中mn+si所占重量百分比的范围为1.5～3.0％。

4、一种贝氏体钢薄壁环状零件，由上述任意一项贝氏体钢制得。

5、进一步的，所述该贝氏体钢薄壁环状零件表面硬度≧600hv0.5，心部硬度为25-33hrc，有效硬化层深≧0.20mm。

6、一种贝氏体钢薄壁环状零件的制造方法，包括以下步骤；

7、步骤1，按权利要求1所述元素成分冶炼得到贝氏体钢，将得到的贝氏体钢锻造制备得到零件毛坯；

8、步骤2，将步骤1得到的零件毛坯正火保温后，出炉冷却至室温；

9、步骤3，机加工：将步骤2冷却后的零件毛坯按设计要求进行机加工，制得半成品；

10、步骤4，氮化处理：将步骤3加工好的零件进行渗氮，渗氮温度在500～600℃，气氛为氨气和裂解氨，氮势为3.8-4.2％，保温25-30小时后冷却至室温。

11、进一步的，步骤1中先将贝氏体钢材冶炼制成圆钢棒，再将制得的圆钢棒加热至1100-1200℃，并依此经墩粗、成型、冲孔后锻打为所需型号的零件毛坯。

12、进一步的，步骤4使用可控气氛渗氮炉进行渗氮处理。

13、进一步的，步骤2中，正火温度为900±10℃，保温时间为5-6小时。

14、进一步的，步骤2和步骤4中冷却方式均采用空冷方式。

15、进一步的，步骤1中所述贝氏体钢的冶炼制备过程为；原料入炉熔化后对铁水预处理→转炉冶炼→lf精炼→vd精炼→冷却。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

17、本发明提供一种贝氏体钢，其化学成分中si、mn、cr、mo等元素含量较高，具有较高的淬透性，同时在钢中加入少量的al和nb元素，其中al元素提高了贝氏体钢的氮化性能以及表面硬度；nb元素锻造时形成的nbc形核点起到了细化晶粒的作用，提高贝氏体钢的强度的同时还增强了其韧性。

18、本发明提供一种贝氏体钢薄壁环状零件的制造方法，其工艺过程为冶炼锻造→正火冷却→机加工→氮化处理，与常规的渗碳淬火工艺相比，省去了常规热处理过程中的压淬、清洗和回火等工序，随之减少了高昂的压淬模具以及清洗和淬火介质的费用，提高了生产效率，降低了生产成本。

19、本发明省略了零件清洗和淬火过程，减少了工艺过程中辅料的消耗，同时避免了淬火液环保性差以及高温油气危害操作人员身体健康等问题。

20、本发明利用所用原材料贝氏体钢氮化性能优异的特点，采用氮化处理工艺，氮化过程温度低，热应力和组织应力更小，热处理变形更小，产品精度大幅提升，产品可靠性更高，另外产品合格率大大提升，间接降低了生产和管理成本。

21、一种贝氏体钢薄壁环状零件，由相应的贝氏体钢制得，经锻造及空冷处理后表层和心部组织为粒状贝氏体，具有良好的强度、韧性以及较好的机加工性能；机加工后进行氮化处理，氮化温度低，热应力、组织应力小，因此零件变形微小，尺寸精度高，零件的强度及韧性等性能均可达到设计使用要求，尤其适合于用作变速器中需承受重载的薄壁环状零件。

技术特征：

1.一种贝氏体钢，其特征在于，按重量百分比计，由以下元素组成：c 0.25％～0.35％，si 0.5～1.5％；mn 0.8～2.2％，cr 0.4-0.7％，mo 0.1～0.3％，s0.01～0.025％，p≦0.025％，al 0.035～0.1％，nb 0.01～0.03％，余量为fe。

2.根据权利要求1所述的一种贝氏体钢，其特征在于，其中mn+si所占重量百分比的范围为1.5～3.0％。

3.一种贝氏体钢薄壁环状零件，其特征在于，由权利要求1-2中任一项所述的贝氏体钢制得。

4.根据权利要求3所述的一种贝氏体钢薄壁环状零件，其特征在于，所述该贝氏体钢薄壁环状零件表面硬度≧600hv0.5，心部硬度为25-33hrc，有效硬化层深≧0.20mm。

5.一种贝氏体钢薄壁环状零件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤；

6.根据权利要求5所述的一种贝氏体钢薄壁环状零件的制造方法，其特征在于，步骤1中先将贝氏体钢材冶炼制成圆钢棒，再将制得的圆钢棒加热至1100-1200℃，并依此经墩粗、成型、冲孔后锻打为所需型号的零件毛坯。

7.根据权利要求5所述的一种贝氏体钢薄壁环状零件的制造方法，其特征在于，步骤4使用可控气氛渗氮炉进行渗氮处理。

8.根据权利要求5所述的一种贝氏体钢薄壁环状零件的制造方法，其特征在于，步骤2中，正火温度为900±10℃，保温时间为5-6小时。

9.根据权利要求5所述的一种贝氏体钢薄壁环状零件的制造方法，其特征在于，步骤2和步骤4中冷却方式均采用空冷方式。

10.根据权利要求5所述的一种贝氏体钢薄壁环状零件的制造方法，其特征在于，步骤1中所述贝氏体钢的冶炼制备过程为；原料入炉熔化后对铁水预处理→转炉冶炼→lf精炼→vd精炼→冷却。

技术总结
本发明公开了一种贝氏体钢、贝氏体钢薄壁环状零件及其制造方法，贝氏体钢薄壁环状零件的化学成分按重量百分比计包括：C 0.25％～0.35％，Si0.5～1.5％；Mn 0.8～2.2％，Cr 0.4‑0.7％，Mo 0.1～0.3％，S 0.01～0.025％，P≦0.025％，Al 0.035～0.1％，Nb 0.01～0.03％，Mn+Si为1.5～3.0％，余量为Fe；薄壁环状零件制造工艺为冶炼锻造→正火→机加工→氮化处理，省去了现有的低合金渗碳钢渗碳淬火过程中的压淬、清洗和回火等工序，提高了生产效率，降低了生产成本；采用氮化处理工艺，其温度低，热应力和组织应力更小，热处理变形更小，产品精度和质量可靠性更高，另外产品合格率大大提升，间接降低了成本。

技术研发人员：何亮亮,严鉴铂,寇植达,桂伟民,杜宇航,范王展,张晓菊,海侠女
受保护的技术使用者：西安法士特汽车传动有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13