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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。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．对其化学成份做了分析，见表一。 表一 化学成份比较
（图片）2．对机械性能做了测试, 见表二。表二 机械性能比较
（图片）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。
2.YF40MnV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。
6/15/2005
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