用低碳钢代替中碳钢制作农用链片及探讨

用低碳钢代替中碳钢制作农用链片的探讨摘要：本文据农用链片对机械性能的要求，对20钢和45钢的淬火、回火组织进行了比较，结果表明：20钢的马氏体组织不仅具有高的强度和硬度，而且有良好的塑性和韧性，用其代替45钢制作农用链片机械性能可满足链条的使用要求。20钢价格低廉，加工工艺简单，代替45钢制作农用链片很值得推广。关键词：马氏体、淬火、回火、失效、机械性能。1 .前言过去，人们习惯用中碳45钢制作农用链片，但中碳钢的淬火、中温回火组织其强度与塑性、韧性是一互相消长的矛盾。提高强度，塑性和韧性下降，而只有靠牺牲强度后，才能提高塑性和韧性的值，同时，45钢脱碳、变形和开裂的倾向大，热处理往往造成许多废品。近年来，国外有很多关于低碳马氏体钢代替高强度钢的报导，如石油钻机轻型吊环，汽车发动机连杆螺栓、矿用园环链等。报导中介绍：低碳马氏体不仅具有高的强度与良好塑性、韧性配合的特点，同时还具有高的疲劳强度、低过载敏感度和良好的耐磨性。低碳马氏体具有上述这么多的优点，是否可以用来代替45钢作农用链片呢？本文从下述几个方面对此进行了初步的探讨。2 .链片的失效形式及链片对机械性能的要求2.1 套筒滚子链传动链片的失效形式：过载拉断：在低速重载或有突然巨大的过载时使链条拉断，这是失效的主要形式。疲劳破坏：链条在传动的过程中由于链速和从动轮角速度周期性的变化，在起动、制动、突然超载或卸荷的情况下引起的动载荷，从而经过一定周次链片发生疲劳断裂。链片的磨损：在链传动过程中，链片之间及链片与链轮、链片与外来介质之间都有一定的磨擦现象，造成磨损。2.2 对机械性能的要求：由以上失效分析可以看出，农用链片须具有一定的强度（一般要求HRC=40-45,强度1150mpa）同时也要有一定的塑性、韧性及耐磨性。3 .实验及结果3.1 材料试验用材系太原钢铁公司生产的3.1mm厚的20钢和2.6mm厚的45钢板，其化学成份见表表份钢种CSiMnPSCr200.2140.2360.5480.0200.0330.0182450.4620.3080.6250.0400.0403.2试验及结果3.2.1试样的加工：将选定的20钢和45钢板剪裁，并按GB228-63要求，加工成所需的尺寸和精度（如图一所示），为了检验淬火开裂倾向，在每一试样的头部打三个孔。两种材料，每种加工15个样子。图一试样的尺寸3.2.2 最佳热处理工艺的选择：从热处理工艺手册中可以查到20钢和45钢的热处理规范。但因各厂生产的钢材成份有差异，热处理工艺也作了相应的调整。将加工好的试样分组归类，对20钢和45钢我们分别用盐浴炉和箱式炉采用正交分析的方法选出了它们的最佳热处理工艺（如图二、三所示），回火均采用箱式炉。分二小时图二45钢热处理工艺图三20钢热处理工艺3.2.3 力学性能：按照最佳热处理工艺，我们对20钢和45钢的各15个试样进行了热处理（其中十个试样作为检验变形和开裂，五个做机械性能检验）五个试样的机械性能见表二。表二钢种编RHRC(Tb85少K202147123312.432.52242121911.530.72345120210.834.02441125913.029.82544117811.930.4平均43.8121811.931.545414512468.929.44245127910.128.54346122911.227.6444212059.126.2454212738.430.8平均4412479.528.53.2.4 淬火变形和开裂情况：淬火后的试样我们进行了弯曲度的测量，发现45钢较20钢的变形量大，但20钢随着淬火温度的升高，变形量的增加也是很大的。测量完变形量后，我们用砂纸将试样表面磨干净，再用50%的盐酸水溶液加热800C,洗十分钟，结果20钢没发现有裂纹，而45钢十个试样有三个在头部和缺口处出现裂纹，其最长长度达2mm。3.2.5 耐磨性试验：将45钢和20钢的热处理试样用石英砂在转速3235转/分的磨损试验机上进行了磨损试验，从图四中可以看出45钢淬火、中温回火组织较20钢的马氏体组织更易磨损。磨损量毫克由时间（分）巾由图四时间一一磨损量曲线3.2.6 金相观察：45钢的淬火、中温回火组织为马氏体上分布有少量的碳化物。20钢的淬火、低温回火组织是板条马氏体。从金相照片中可以看出，马氏体是以尺寸大致相同的板条为单元，结合成定向的、平行排列的马氏体束。板条马氏体相邻相同取向的板条之间以小角度晶界分开，不同取向的板条间以大角度晶界分开，板条内部很少有挛晶，大都是位错。金相照片中还出现了一种不规则外形的白色组织，从其外形来看，既不象片状又不象板条束，并且是单独存在的，于是，我们在白色区和板条马氏体区分别打了显微硬度，其值均在HV400500之间，非常相近，故也不象是铁素体。我们认为这种组织是块状马氏体，只是它的位向不同于板条马氏体，没有腐蚀出来，因而在显微镜下呈白色。4 .结果分析与结论低碳马氏体的组织形态决定了其各种性能，主要表现为高的强度和一定的塑性、韧性结合的特点，这从表二中可以看出，其强度、硬度、塑性均能达到农用链片的要求，在实验中我们看到20钢的试样拉断后有明显的缩颈，断口呈剪切状，晶粒细致，呈灰色。20钢的马氏体组织与45钢的淬火、中温回火组织相比，有较高的耐磨性，从图四中就可以看出来，这说明耐磨性不仅取决于钢的硬度，其组织状态也起一定的作用。20钢的马氏体组织是一单相组织，而45钢的淬火、中温回火组织系二相组织，单相组织较双相或多相组织的耐磨性高。低碳钢淬火变形小，主要是因为低碳钢在马氏体转变时体积效应小的原故。低碳钢淬火开裂的倾向小，主要是因为低碳钢淬火发生马氏体转变时，每一板条形成时彼此相互平行而不致撞击，因而开裂的倾向小。而中碳钢淬火时，形成硬而脆的针状马氏体，后生成的马氏体与先生成的马氏体针有较大的交角，由于后生成的马氏体针以很大的速度撞击已形成的马氏体针，因而常伴随有显微裂纹。低碳马氏体除具有以上几种性能外，它还有过载敏感性低、缺口敏感性低、冷脆转化温度低、过载抗力大的特点。同时，低碳钢还有优良的冷成型性和焊接性。以上分析表明：20钢的马氏体组织可以达到链片对机械性能的要求，完全可以用来代替45钢制作农用链片。5 .注意事项及有等研究的问题5.1 20钢须在9009300C激烈的冷却介质中淬火才能得到全部的板条马氏体，低于8700C淬火，其组织为马氏体和铁素体两相组织，不仅强度、硬度低，塑性和韧性也低，随着淬火温度的升高，马氏体的量增加，但当超过9050C时，马氏体的板条变的粗大。强度、硬度、塑性和韧性均有所下降。5.2 低碳马氏体的淬火组织只适用于要求截面尺寸小的零件。5.3 低碳马氏体是淬火、低温回火组织，其工作温度不得超过2000C。5.4 低碳马氏体在长期的服役过程中，其组织性能、内应力、尺寸等是否发生变化有待进一步探讨。参考文献。刘云旭金属热处理原理机械工业出版社1981金属机械性能编写组金属机械性能机械工业出版社1976胡康祥金属学上海科学技术出版社19800崔昆钢铁材料及有色金属材料机械工业出版社1980李树棠金属X射线与电子显微分析技术冶金部工业出版1980李炯辉钢铁材料金相图谱上海科学技术出版社1981丁建生金属学及热处理机械工业出版社20044