專利名稱：分層復合組織軸類零件材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種分層復合組織軸類零件材料及其制備方法，屬于冶金材料領域。
背景技術：
中高碳低合金鋼軸類件工業上應用廣泛，大多軸類件的生產是將軋材加工后進行相應的熱處理而滿足軸類零件的使用性能。采用斜軋或楔橫軋技術可以直接將坯料軋成最終或接近最終尺寸的軸類件，且具有節省原料，生產效率高等特點。目前，對于中高碳低合金鋼的軋制，實際生產中軋制溫度大都在100(T1200 °C，軋后進行必要的熱處理才能滿足軸類件的使用條件，而且軋制過程中軋件易出現軋制孔洞、疏松等缺陷。

發明內容
本發明的目的在于提供一種分層復合組織軸類零件材料及其制備方法，這種軸類零件材料具有兩層以上復合組織，外層具有高的強度與硬度，內層具有良好的抗沖擊性能， 且在軋制過程中可有效避免疏松孔洞等軋制缺陷的出現，成形后不再需要熱處理與大量切削加工。本發明的分層復合組織軸類零件材料，其特征是材料為化學成分中含C 0. 40-1. 5wt%，其他合金含量總和小于5wt%的中高碳低合金鋼；該材料具有兩層以上復合組織，外層具有高的強度與硬度，抗拉強度70(T1200 Mpa，硬度55飛5 HRC，內層具有良好的抗沖擊性能沖擊韌性akv值大于45 J/cm2。所述材料的制備方法是將所述中高碳低合金鋼坯料加熱到軋制溫度 100(Tl20(rC后，再處理成外層溫度低心部溫度高的軋制坯料，要求軋坯表層溫度在A1溫度以下300°C范圍內，心部仍為正常軋制溫度，進行單道次斜軋或楔橫軋。材料成形后外層低溫層形成晶粒尺寸小于10微米的細小晶粒及亞微米量級第二相顆粒尺寸的超細組織，而內層為正常軋制組織(珠光體、鐵素體或貝氏體等)。本發明的優點是該軸類零件材料具有分層的復合組織，內外層性能存在一定的差異性，外層具有較高的強度與硬度，內層具有較好抗沖擊性，成形后不需要熱處理和大量的切削加工；特別適用于中高碳低合金鋼棒類及軸類零件的制造。


圖1是本發明實施例1獲得材料的分層組織掃描電鏡圖； 圖2是本發明實施例1獲得材料的內層組織金相圖3是本發明實施例1獲得材料的外層組織掃描電鏡圖。
具體實施例方式實施例1 將化學成分為 C 0. 50 wt %，Si 0. 37 wt %，Mn 0. 80 wt %，Cr 0. 4 wt %，Ni 0. 30 wt %，P<0. 03 wt %，S<0. 03 wt %，余量為！^的中碳低合金鋼Φ 50棒材，加熱到軋制溫度1200 °C，將棒料取出，放入20 ！水中快冷7 s后，迅速取出，此時軋制坯料棒材表面溫度約為650 °C，心部仍為1200 °C，進行楔橫軋成形，平均壓下量約25%，成形后空冷至室溫。成形過程中由于棒材表面存在低溫硬殼層，改變軋件軋制過程中的受力條件，減小了軋件心部出現軋制疏松缺陷的可能性，同時外層由于軋制溫度低，軋后組織明顯細化， 強度與硬度明顯提高，且與心部組織明顯不同，具有明顯組織分層特征，見圖1 ；圖2為心部的片狀珠光體與先共析鐵素體組織金相照片；圖3為外層微米級鐵素體與細小滲碳體顆粒復相組織。實施例2:將化學成分為 C 0.40 Wt %，Si 0.25 wt %，Mn 0. 75wt %, Cr 1. 05wt %， Mo 0. 20 wt %，P<0. 03 wt %，S<0. 03 wt %，余量為1 的中碳低合金鋼Φ 60棒材，加熱到軋制溫度1150 °C，將棒料取出，放入20 ！水中快冷5 s后，迅速取出，此時軋制坯料棒材表面溫度約為680 °C，心部仍為1150 °C，進行楔橫軋成形，平均壓下量約30%，成形后空冷 IOs后，水冷至室溫。成形過程中由于棒材表面存在低溫硬殼層，改變軋件軋制過程中的受力條件，軋件心部沒有軋制疏松等缺陷，同時外層由于軋制溫度低，軋后組織明顯細化，強度與硬度明顯提高，且與心部組織明顯不同，具有明顯組織分層特征，心部為貝氏體與珠光體混合組織，外層為低碳馬氏體與細小滲碳體顆粒，外層硬度較高HRC 62，心部韌性較好沖擊韌性akv(J/cm2)大于45。實施例3 將化學成分為 C 0. 95 Wt %，Si 0. 21 wt %，Mn 0. 30 wt %，Cr 1. 2 wt %，Ρ<0· 03 Wt %，S<0. 02wt %，余量為Fe的中碳低合金鋼Φ 60棒材，加熱到軋制溫度1050 °C，將棒料取出，放入20 ！水中快冷5 s后，迅速取出，此時軋制坯料棒材表面溫度約為 600 V，心部仍為1050 V，進行斜軋軋成形，平均壓下量約20%，成形后空冷1 后油冷至室溫。成形過程中由于棒材表面存在低溫硬殼層，改變軋件軋制過程中的受力條件，軋件心部未出現軋制疏松等缺陷，同時外層由于軋制溫度低，軋后組織明顯細化，且與心部組織明顯不同，具有明顯組織分層特征，心部為珠光體與貝氏體組織，外層為晶粒細小鐵素體(平均尺寸約為5微米)與彌散分布的滲碳體顆粒(顆粒尺寸小于1微米)。
權利要求
1.一種分層復合組織軸類零件材料，其特征是材料為化學成分中含C 0. 40-1. 5wt%, 其他合金含量總和小于5wt%的中高碳低合金鋼；該材料具有兩層以上復合組織，外層具有高的強度與硬度，抗拉強度70(T1200 Mpa，硬度HRC55飛5，內層具有良好的抗沖擊性能沖擊韌性akv值大于45 J/cm2。
2.一種根據權利要求1所述的分層復合組織軸類零件材料的制備方法，其特征是將所述中高碳低合金鋼坯料加熱到軋制溫度100(T1200 °C后，再處理成外層溫度低心部溫度高的軋制坯料，要求軋坯表層溫度在A1溫度以下300°C范圍內，心部仍為正常軋制溫度，進行單道次斜軋或楔橫軋，成形后空冷至室溫。
3.根據權利要求2所述的分層復合組織軸類零件材料的制備方法，其特征是材料成形后外層低溫層形成晶粒尺寸小于10微米的細小晶粒及亞微米量級第二相顆粒尺寸的超細組織，而內層為正常軋制組織。
全文摘要
本發明涉及一種分層復合組織軸類零件材料及其制備方法，其特征是材料為化學成分中含C0.40-1.5wt%，其他合金含量總和小于5wt%的中高碳低合金鋼；該材料具有兩層以上復合組織，外層具有高的強度與硬度，內層具有良好的抗沖擊性能。其制備方法是將坯料加熱到軋制溫度后，再處理成外層溫度低心部溫度高的軋制坯料，要求軋坯表層溫度在A1溫度以下300℃，心部仍為軋制溫度，進行單道次斜軋或楔橫軋。其優點是該軸類零件材料具有分層的復合組織，內外層性能存在一定的差異性，外層具有較高的強度與硬度，內層具有較好抗沖擊性，成形后不需要熱處理和大量的切削加工，適于制造汽車、發動機與機械結構等軸類件以及電機軸類零件等。
文檔編號B21B1/16GK102425595SQ201110362480
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者仇平, 傅萬堂, 呂知清, 肖宏 申請人:燕山大學