用低碳鋼代替中碳鋼制作農用鏈片及探討

1、用低碳鋼代替中碳鋼制作農用 鏈片及探討用低碳鋼代替中碳鋼制作農用鏈片的探討摘要：本文據(jù)農用鏈片對機械性能的要求，對20鋼和45鋼的淬火、回火組織進行了比較，結果表明：20 鋼的馬氏體組織不僅具有高的強度和硬度，而且有良好 的塑性和韌性,用其代替45鋼制作農用鏈片機械性能可 滿足鏈條的使用要求。20鋼價格低廉，加工工藝簡單, 代替45鋼制作農用鏈片很值得推廣。關鍵詞：馬氏體、淬火、回火、失效、機械性能。L前言過去，人們習慣用中碳45鋼制作農用鏈片，但中碳鋼的淬火、中溫回火組織其強度與塑性、韌性是一互相 消長的矛盾。提高強度，塑性和韌性下降，而只有靠犧 牲強度后，才能提高塑性和韌性的值，同時，45

2、鋼脫碳、 變形和開裂的傾向大，熱處理往往造成許多廢品。近年來，國外有很多關于低碳馬氏體鋼代替高強度鋼的報導，如石油鉆機輕型吊環(huán)，汽車發(fā)動機連桿螺栓、 礦用園環(huán)鏈等。報導中介紹：低碳馬氏體不僅具有高的 強度與良好塑性、韌性配合的特點，同時還具有高的疲 勞強度、低過載敏感度和良好的耐磨性。低碳馬氏體具 有上述這么多的優(yōu)點，是否可以用來代替45鋼作農用鏈 片呢？本文從下述幾個方面對此進行了初步的探討。2 .鏈片的失效形式及鏈片對機械性能的要求2.1 套筒滾子鏈傳動鏈片的失效形式: 。過載拉斷：在低速重載或有突然巨大的過載時使鏈條 拉斷，這是失效的主要形式。疲勞破壞：鏈條在傳動的過程中由于鏈速和從動輪

3、角 速度周期性的變化，在起動、制動、突然超載或卸荷的 情況下引起的動載荷，從而經過一定周次鏈片發(fā)生疲勞 斷裂。鏈片的磨損：在鏈傳動過程中，鏈片之間及鏈片與鏈 輪、鏈片與外來介質之間都有一定的磨擦現(xiàn)象，造成磨 損。2.2 對機械性能的要求:由以上失效分析可以看出，農用鏈片須具有一定的強度（一般要求HRC=4045,強度21150mpa）同時也 要有一定的塑性、韌性及耐磨性。3 .實驗及結果3.1 材料試驗用材系太原鋼鐵公司生產的3.1mm厚的20鋼和2. 6mm厚的45鋼板，其化學成份見表表鋼叭CSiMnPsCr200. 2140. 2360. 5480. 0200. 0330. 0182450

4、. 4620. 3080. 6250. 0400. 0403.2試驗及結果3.2.1試樣的加工：將選定的20鋼和45鋼板剪裁，并按GB22863要求，加工成所需的尺寸和精度（如圖一所示），為了檢驗淬火開裂傾向，在每一試樣的頭部 打三個孔。兩種材料，每種加工15個樣子。322最佳熱處理工藝的選擇:從熱處理工藝手冊中可以查到20鋼和45鋼的熱處理規(guī)范。但因各廠生產的鋼材 成份有差異，熱處理工藝也作了相應的調整。將加工好 的試樣分組歸類，對20鋼和45鋼我們分別用鹽浴爐和 箱式爐采用正交分析的方法選出了它們的最佳熱處理工藝（如圖二、三所示）,回火均采用箱式爐。NnCIlO、水溶液NnCIlO、水溶液

5、小時/小時圖二45鋼熱處理工藝圖三20鋼熱處理工藝323力學性能：按照最佳熱處理工藝，我們對20鋼和 45鋼的各15個試樣進行了熱處理（其中十個試樣作為檢驗變形和開裂，五個做機械性能檢驗）五個試樣的機械性能見表二。 表二鋼種編號HRC0b§5巾K202147123312.432.52242121911.530.72345120210.834.02441125913.029.82544117811.930.4平均43.8121811.931.5414512468.929.4454245127910.128.54346122911.227.6444212059.126.245421273

6、8.430.8平均4412479.528.5324淬火變形和開裂情況:淬火后的試樣我們進行了彎曲度的測量，發(fā)現(xiàn)45鋼較20鋼的變形量大，但20鋼隨著淬火溫度的升高，變形量的增加也是很大的。測量完 變形量后，我們用砂紙將試樣表面磨干凈，再用50%的 鹽酸水溶液加熱80。（3,洗十分鐘，結果20鋼沒發(fā)現(xiàn)有 裂紋，而45鋼十個試樣有三個在頭部和缺口處出現(xiàn)裂 紋，其最長長度達2mm。325耐磨性試驗:將45鋼和20鋼的熱處理試樣用石英砂在轉速32-35轉/分的磨損試驗機上進行了磨損試 驗，從圖四中可以看出45鋼淬火、中溫回火組織較20 鋼的馬氏體組織更易磨損。磨損量(亮克)1«由時間（分）圖

7、四時間 磨損量曲線3.2.6金相觀察：45鋼的淬火、中溫回火組織為馬氏體上分布有少量的碳化物。20鋼的淬火、低溫回火組織是 板條馬氏體。從金相照片中可以看出，馬氏體是以尺寸 大致相同的板條為單元，結合成定向的、平行排列的馬 氏體束。板條馬氏體相鄰相同取向的板條之間以小角度 晶界分開，不同取向的板條間以大角度晶界分開，板條 內部很少有攣晶，大都是位錯。金相照片中還出現(xiàn)了一種不規(guī)則外形的白色組織,從其外形來看，既不象片狀又不象板條束，并且是單獨 存在的，于是，我們在白色區(qū)和板條馬氏體區(qū)分別打了 顯微硬度，其值均在HV400500之間，非常相近，故也不象是鐵素體。我們認為這種組織是塊狀馬氏體，只 是

8、它的位向不同于板條馬氏體，沒有腐蝕出來，因而在 顯微鏡下呈白色。4 .結果分析與結論低碳馬氏體的組織形態(tài)決定了其各種性能，主要表現(xiàn)為高的強度和一定的塑性、韌性結合的特點，這從表 二中可以看出，其強度、硬度、塑性均能達到農用鏈片 的要求，在實驗中我們看到20鋼的試樣拉斷后有明顯的 縮頸，斷口呈剪切狀，晶粒細致，呈灰色。20鋼的馬氏體組織與45鋼的淬火、中溫回火組織相比，有較高的耐磨性，從圖四中就可以看出來，這說 明耐磨性不僅取決于鋼的硬度，其組織狀態(tài)也起一定的 作用。20鋼的馬氏體組織是一單相組織，而45鋼的淬 火、中溫回火組織系二相組織，單相組織較雙相或多相 組織的耐磨性高。低碳鋼淬火變形小，

9、主要是因為低碳鋼在馬氏體轉 變時體積效應小的原故。低碳鋼淬火開裂的傾向小，主要是因為低碳鋼淬火發(fā)生馬氏體轉變時，每一板條形成時彼此相互平行而不 致撞擊，因而開裂的傾向小。而中碳鋼淬火時，形成硬 而脆的針狀馬氏體，后生成的馬氏體與先生成的馬氏體 針有較大的交角，由于后生成的馬氏體針以很大的速度 撞擊已形成的馬氏體針，因而常伴隨有顯微裂紋。低碳馬氏體除具有以上幾種性能外,它還有過載敏感性低、缺口敏感性低、冷脆轉化溫度低、過載抗力大 的特點。同時，低碳鋼還有優(yōu)良的冷成型性和焊接性。以上分析表明：20鋼的馬氏體組織可以達到鏈片對機械性能的要求，完全可以用來代替45鋼制作農用鏈 片。5 .注意事項及有等研究的問J5.1 20鋼須在900930激烈的冷卻介質中淬火才能得到全部的板條馬氏體，低于870。（3淬火，其組織為馬 氏體和鐵素體兩相組織，不僅強度、硬度低，塑性和韌 性也低，隨著淬火溫度的升高，馬氏體的量增加，但當 超過905。3時，馬氏體的板條變的粗大。強度、硬度、 塑性和韌性均有所下降。5.2 低碳馬氏體的淬火組織只適用于要求截面尺寸小 的零件。5.3 低碳馬氏體是淬火、低溫回火組織，其工作溫度不 得超過200o5.4 低碳馬氏體在長期的服役過程中，其組織性能、內 應力、尺寸等是否發(fā)生變化有待進一步探討。參考文獻O劉云旭金屬熱處理原理機械工業(yè)出版社 1981O金屬機械