当用YF40MnV代替中碳调质钢制造蜗杆类

用YF40MnV代替中碳调质钢制造蜗杆类零件

摘要 文章介绍了YF40MnV易切削非调质钢在蜗杆类零件上的应用，并与45、40Cr等中碳调质钢的机械性能和化学成分作了分析对比，阐述了它的几个特性。

关键词 易切削非调质钢 中碳调质钢 蜗杆

一．概述

中碳调质钢是我们机械行业应用量最大，面最广的材料。其要求的机械性能往往要在调质处理后才能得到充分体现。但是在我厂长期的生产过程中，发现对某些蜗杆或丝杆类零件，由于本身调质时尺寸较大，实际淬硬层较浅，很难得到表里如一的强韧性良好的回火索氏体显微组织。调质时产生的组织应力和热应力，使零件在精加工时的变形倾向大大增强。另外，由于调质后零件表面韧性提高，精加工螺纹时切削性能变差，造成零件表面光洁度下降，尺寸精度难以保证。试用正火替代调质后，虽然切削性能有所提高，但是各种机械性能有所下降，给今后的使用带来不利多重3D打印的另外一个挑战是能够同时控制多个打印头的路径。为此我们希望用更理想的材料来代替中碳调质钢生产此类零件。

YF40MnV易切削非调质钢恰恰具备我们所需求的综合机械性能。这类钢主要是在钢中添加了微量元素V、Ti、Nb等，利用沉淀强化机理，使其力学性能（特别是强度指标）达到中碳调质钢的水平，因而零件无需再经调质处理，节约了大量能源，简化了生产工序，提高了生产效率，减少了因热处理变形和切削性能差而造成的废品，同时提高了钢材利用率和内在质量。由于这类钢在锻态就具有调质钢的各种机械性能，其原始显微组织为珠光体加铁素体，并能达到芯部与表面组织基本均匀一致，故可以用来代替调质态的45#钢或部分代替调质态的40Cr钢。

二．试验与结果比较

我们选用了首钢公司生和细菌培养物和生物分析的利用范围产的YF40MnV易切削非调质钢，因材料规格所限，首先在MM7132A精密卧轴距台平面磨床的30B26和4033两种蜗杆上应用。该两种蜗杆在平面磨床中分别使用在横向进给和垂直进给机构中，起到减速和换向的作用，以传递两个交叉而不相交的运动和动力。在工作中，蜗杆齿部会产生扭矩，受到少量冲击，齿面存在滑动摩擦。因此要求齿部有均匀的强度和韧性，齿面有一定的硬度。

1并且．对其化学成份做了分析，见表一。表一 化学成份比较

2．对机械性能做了测试, 见表二。表二 机械性能比较

3．对切削性能做了对比。

车削蜗杆时，与原使用的45#调质钢比较，在各种工艺参数不变的情况下（切削速度250转/分，进刀量S= 0.5mm），齿面粗糙度有较大提高，达到1.6，比以前提高一级，并且没有粘刀现象，排屑顺畅，刀具耐用度提高，减少了刀具重磨次数，生产效率明显提高。充分体现了易切削钢的特点。

4．装机试验。

已装机32台，试车时传动平稳，噪声较小，平均值为65dB(A)，比以往降低3dB(A)。

三．经济和技术效益

1．节约材料和工时

根据我厂的钢材供货情况，40Cr钢与YF40MnV易切削非调质钢价格基本一致，45#钢每吨便宜500元左右。因切削性能的改善，减少了修磨刀具的次数和加工工时，每件约3分钟，提高了生产效率。

2．取消了耗能多、劳动强度大生产周期长的热处理工序，调质时两种零件重量分别为0.7kg、0.86kg。按每千克1.5元计，分别节约费用1.05元和1.29元，降低了生产成本，减少了因热处理所带来的环境污染，具有明显的经济效益和社会效益。

3．降低了废品率提高了产品质量。解决了因45#钢因淬透性差，零件尺寸大时性能达不到调质要求的矛盾。消除了由于调质所带来的组织应力和热应力、硬度不均等缺陷。改善了由于零件调质后表面韧性太好造成的切削粘刀、拉丝等现象，粗糙度提高一级。并在今后的加工和使用中没有热处理带来的应力释放，零件变形倾向减小，保证零件得到恒定一致的机械性能，显著提高了该类零件的内在质量。

四．几个特性

1．因易切削非调质钢的强化机理是在中碳钢中加入微量合金元素，使其沉淀强化，所以该材料芯部与表面的硬度及机械性能基本达到一致，且晶粒非常细小。由于Mn的加入，原材料基体珠光体片间距变小，量变多。而V的加入形成的Vc碳化物熔介于奥氏体基体中，其强化效果非常明显，对强度的影响很大，且使屈强比增加，即提高了材料的屈服点。

40MnV易切削非调质钢中的含S量比通常的中碳钢高，本次测试为0.07，是常规S含量的二倍。所以，虽然其强度、硬度有所提高，但切削性能仍与中碳钢正火态相近，而优于调质态。

如图，金属在切削过程中，刀具以劈的基本形式不对称地压入金属，去掉的金属薄层以切屑的方式从刀具的正面或侧面滑过，刀具产生磨损，而S含量的增加所生成的MnS夹杂物能增加切屑在剪切平面上的应力，使切屑变脆易断裂，所形成的短屑易于排出而带走大量的热量，减少了切屑和刀具的接触面积，消除了粘刀现象，摩我国初期生产的聚氨酯防水涂料均是焦油改性的擦阻力和切削阻力变小，使零件切削变得容易，提高了刀具的使用寿命，改善了工件表面的粗糙度。

3．易切削非调质钢的体积效应小。45#钢和40Cr钢等普通中碳钢经淬火调质处理时，因表面和芯部的冷却速度不同，零件各部位形成的组织就有差异，所以性能就不均匀，内应力和组织应力较大，易造成零件变形甚至开裂。零件截面积越大，这种体积效应也越明显。而用非调质钢制造的零件不需淬火冷却过程，就可获得中碳钢调质后的各种机械性能与硬度，所以在整个断面，组变化不明显，均匀性较好，组织应力和热应力较小，体积效应也小。

4．易切削非调质钢有时间效应。其轧材随自然放置时间的延长，σb、σs等强度指标值无显著变化，而塑性指标特别是断面收缩率ψ随时间的延长逐渐达到最大值。5．易切削非调质钢有规格效应。轧材时的机械性能特别是强度指标随尺寸的增大会有所下降。

根据以上的试验和分析，我们认为YF40MnV易切削非调质钢完全可以替代中碳调质钢用于蜗杆类零件的制造。今后，我们还将对丝杆、活塞杆类零件作尝试。(end)