1. Prefácio
Com o rápido desenvolvimento da ciência e tecnologia de materiais no país e no exterior, a seleção de materiais para engrenagens na indústria de manufatura não se limita aos materiais nacionais existentes.
Mais e mais empresas introduziram alguns materiais de engrenagem com excelente desempenho abrangente vindos do exterior.
O aço 17Cr2Ni2MoA é um tipo de material de engrenagem carburado com excelentes propriedades mecânicas e processabilidade.
Após a cementação e têmpera, o desempenho deste material é equivalente ao do material de engrenagem de aço 18Cr2Ni4WA amplamente utilizado em máquinas pesadas.
Porém, sua processabilidade no tratamento térmico é melhor e a economia de matéria-prima é maior.
Comparado com este último, o custo por tonelada de matéria-prima é economizado em cerca de 6.000 yuans.
No entanto, se o desempenho potencial do aço 17Cr2Ni2MoA pode ser plenamente aproveitado depende do nível técnico do processo de tratamento térmico de cada fabricante.
Para que este material seja utilizado com sucesso em produtos de engrenagens, nossa empresa conduziu pesquisas experimentais.
2. Comparação das propriedades mecânicas de dois materiais
2.1 Composição química
Consulte a Tabela 1 para a composição química dos dois materiais.
Tabela 1 Composição química (fração mássica) do Aço 18Cr2Ni4WA e do Aço 17Cr2Ni2MoA (%)
| Material | 18Cr2Ni4WA | 17Cr2Ni2MoA |
| C | 0,13~0,19 | 0,14~0,19 |
| Cr | 1,35~1,65 | 1,5~1,8 |
| Ni | 4,0~4,5 | 1,4~1,7 |
| C | 0,8~1,2 | – |
| Mo | – | 0,25~0,35 |
| Mn% | 0,3~0,6 | 0,4~0,6 |
| Si | 0,17~0,37 | 0,17~0,35 |
Por meio de comparação, verifica-se que o teor de carbono desses dois materiais de engrenagem é próximo, e eles são aço carbono carburado com liga de baixo carbono.
A dureza superficial da engrenagem pode ser melhorada por cementação e têmpera.
2.2 Comparação de propriedades mecânicas
Para estudar as propriedades mecânicas dos dois materiais, colocamos em produção o aço 17Cr2Ni2MoA e o aço 18Cr2Ni4WA com o mesmo tamanho para comparar as propriedades mecânicas.
O aço 18Cr2Ni4WA é o material utilizado atualmente pela nossa empresa.
De acordo com nosso processo de produção, o processo de fabricação da barra de teste de aço 18Cr2Ni4WA é: normalização após forjamento + revenido → usinagem → cementação → revenido em alta temperatura por 3 vezes → usinagem → têmpera e revenido.
Como nossa empresa não utilizou material 17Cr2Ni2MoA, após consultar outros fabricantes e diversos documentos em termos de processo, é decidido que o processo de fabricação da barra de teste de aço 17Cr2Ni2MoA é: normalização após forjamento + revenido → usinagem → cementação → revenido em alta temperatura → usinagem → têmpera e revenido.
Após o tratamento térmico de acordo com o processo acima, a barra de teste é processada em uma amostra de acordo com o padrão para inspeção. Consulte a Tabela 2 para obter os resultados.
Tabela 2 Propriedades mecânicas de dois materiais após tratamento térmico
| Nome | Material | Limite de rendimento/MPa | Resistência à tração/MPa | Alongamento (%) | Redução de área (%) | Resistência ao impacto / · cm-2 |
| φ amostra de 60 mm (não temperada em alta temperatura) | 17Cr2Ni2MoA | 810 | 954 | 10,5 | 61,25 | 121,4 |
| φ amostra de 60 mm | 18Cr2Ni4WA | 822,5 | 1003 | 16,5 | 67,2 | 169,7 |
| φ amostra de 82 mm | 17Cr2Ni2MoA | 789,4 | 947 | 17.3 | 65,4 | 144,8 |
| φ amostra de 82 mm | 18Cr2Ni4WA | 698 | 931,7 | 19,8 | 70,7 | 180,48 |
2.3 Análise dos resultados dos testes de propriedades mecânicas da barra de teste
1) A resistência ao escoamento e a resistência à tração do aço 17Cr2Ni2MoA e do aço 18Cr2Ni4WA com o mesmo tamanho são semelhantes após a cementação e o revenido.
2) A resistência ao impacto do aço 17Cr2Ni2MoA é ligeiramente inferior à do aço 18Cr2Ni4WA.
3) A redução de área do aço 17Cr2Ni2MoA é ligeiramente inferior à do aço 18Cr2Ni4WA, com uma diferença de 5% ~ 7%.
4) O alongamento do aço 17Cr2Ni2MoA é ligeiramente inferior ao do aço 18Cr2Ni4WA, com uma diferença de 6%.
5) Neste teste, o φO material 17Cr2Ni2MoA da amostra de 60 mm não está sujeito ao revenido em alta temperatura após a cementação devido a circunstâncias especiais, o que tem pouco impacto na dureza de têmpera geral subsequente, resistência e resistência ao impacto, mas tem um grande impacto no alongamento.
Portanto, um revenido em alta temperatura após a cementação do aço 17Cr2Ni2MoA é muito importante para o desempenho geral das peças.
3 Resultados e discussão
Para estudar o desempenho do processo de tratamento térmico dos dois materiais, colocamos em produção o aço 17Cr2Ni2MoA e o aço 18Cr2Ni4WA com o mesmo tamanho para comparação.
De acordo com o processo de cementação existente do aço 18Cr2Ni4WA, as amostras dos dois materiais são carregadas no forno junto com as peças em produção.
A cementação é realizada em dois fornos ao mesmo tempo.
Após a cementação, o revenido em alta temperatura é realizado uma vez.
Consulte a Tabela 3 para obter os resultados de cementação das amostras de teste.
Tabela 3 resultados de cementação das amostras
| Amostra de forno | Material | Classe / classe de metal duro | Classe/classe de martensita e austenita retida | Profundidade de penetração/mm | Observações |
| Amostra de φ25mm | 17Cr2Ni2MoA | 4 | 2 | 6.6 | Revenido em alta temperatura uma vez após a cementação no mesmo forno |
| amostra φ25 | 18Cr2Ni4WA | 3 | 6 | 7.2 | |
| Amostra em forma de dente M7 | 17Cr2Ni2MoA | 4 | 2 | 2.3 | Revenido em alta temperatura uma vez após a cementação no mesmo forno |
| Amostra em forma de dente M7 | 18Cr2Ni4WA | 3 | 4 | 2,5 |
Análise dos resultados da inspeção após a cementação:
1) Existem diferenças na classe de metal duro (k), mas a diferença não é grande, o que pode garantir totalmente que a classe de metal duro atenda ao padrão nacional de K ≤ 4.
2) O aço 17Cr2Ni2MoA possui excelente processabilidade.
Após um revenido em alta temperatura, a austenita retida pode ser basicamente reduzida ao grau 2, e a têmpera e o revenido subsequentes ou a têmpera geral podem ser realizadas;
O grau de austenita retida do aço 18Cr2Ni4WA ainda é grande após um revenido em alta temperatura e pode ser reduzido somente após dois a quatro procedimentos de revenido em alta temperatura.
3) A profundidade da camada carburizada é diferente, mas a diferença é pequena.
Neste teste, a profundidade da camada carburizada do aço 17Cr2Ni2MoA é ligeiramente menor que a do aço 18Cr2Ni4WA.
4. Conclusão
As propriedades mecânicas do aço 17Cr2Ni2MoA e do aço 18Cr2Ni4WA usados agora não são muito diferentes, mas o desempenho do processo é melhor e o custo é reduzido.
Ele pode substituir completamente o aço 18Cr2Ni4WA existente em nossa empresa.
A engrenagem é a parte principal do tosquiador, que representa uma grande proporção.
A aplicação do aço 17Cr2Ni2MoA economiza para nossa empresa pelo menos 3 milhões de yuans em custos de fabricação de engrenagens todos os anos.
Além disso, devido ao excelente desempenho do processo e à redução dos tempos de revenido em alta temperatura após a cementação, o material pode encurtar o ciclo de processamento das engrenagens, reduzir a deformação dos produtos das engrenagens, melhorar ainda mais a qualidade do tratamento térmico das engrenagens e reduzir os custos de usinagem subsequentes. .
