非調(diào)質(zhì)鋼的出現(xiàn)源于20世紀(jì)70年代的能源危機(jī),隨后得到各國(guó)的大力發(fā)展,逐漸代替了傳統(tǒng)模鍛件常用的碳結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼等,后兩者均需要通過熱處理來(lái)改善組織和提高性能。在非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展過程中,德國(guó)Thyssen公司最早開發(fā)出了曲軸非調(diào)質(zhì)鋼49MnVS3,之后是日本鋼鐵廠加入到非調(diào)質(zhì)鋼的研發(fā)隊(duì)伍中。 隨著一系列非調(diào)質(zhì)鋼的推出和應(yīng)用,汽車上的熱鍛件開始普遍采用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn),常見的零件包括發(fā)動(dòng)機(jī)中的曲軸、連桿、轉(zhuǎn)向節(jié)和前軸等關(guān)鍵零部件。日本生產(chǎn)的汽車有75%采用非調(diào)質(zhì)鋼連桿,對(duì)于曲軸是60%,德國(guó)的汽車也達(dá)到了同等水平。其他發(fā)達(dá)國(guó)家均采用非調(diào)質(zhì)鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材來(lái)生產(chǎn)熱鍛件。為了應(yīng)對(duì)國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng),國(guó)內(nèi)鋼廠也紛紛研發(fā)出相應(yīng)的非調(diào)質(zhì)鋼,例如寶鋼生產(chǎn)的特種鋼SVDH20S1、SVDH40S1、YF35MnVS、YF40MnVS、YF45MnVS、30MnVS6和NQT90(38MnVS6)、49MnVS3等,用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)的熱鍛連桿、曲軸、輪轂、轉(zhuǎn)向節(jié)和花鍵軸。所生產(chǎn)的鍛件具有良好的機(jī)加工性能和使用性能。 上海工程技術(shù)大學(xué)的研究者們以汽車38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼轉(zhuǎn)向節(jié)的熱鍛成形過程為研究對(duì)象,并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬和分析,研究了輥鍛件設(shè)計(jì)對(duì)成形載荷和鍛造缺陷的影響,最后分析了阻力墻的設(shè)置對(duì)坯料中金屬流動(dòng)和充填的作用。 研究對(duì)象是IMV皮卡的轉(zhuǎn)向節(jié),其材料為德國(guó)進(jìn)口的38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼。由于省去了鍛后熱處理工序,38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼轉(zhuǎn)向節(jié)的熱鍛工藝簡(jiǎn)化為:下料→中頻加熱→輥鍛制坯→彎曲→預(yù)鍛→終鍛→切邊精整→可控冷卻→拋丸→探傷→檢驗(yàn)→防銹入庫(kù)。 38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼轉(zhuǎn)向節(jié)的鍛造工藝采用預(yù)鍛+終鍛的模鍛方式,模具材料為H13鋼。研究所用的38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼為德國(guó)鋼,其化學(xué)成分見表1,物理性能見表2。38MnSiVS5主要用于汽車及其他車輛的鍛造部件,組件的強(qiáng)度由鍛造后控制冷卻保證。常見的組件如活塞連桿、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、曲軸和轉(zhuǎn)向節(jié)等,這些組件的鍛造加熱溫度和鍛后控制冷卻速度是決定鍛件質(zhì)量過關(guān)與否的關(guān)鍵步驟。 表1 38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分(%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))
表2 38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼的物理性能
38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼的力學(xué)性能:在沉淀強(qiáng)化條件下的室溫屈服強(qiáng)度為520MPa,拉伸強(qiáng)度為800~950MPa,伸長(zhǎng)率為12%,熱處理組件的屈服強(qiáng)度為620MPa。對(duì)38MnSiVS5非調(diào)質(zhì)鋼轉(zhuǎn)向節(jié)的熱鍛成型數(shù)值模擬結(jié)果表明: (1)適當(dāng)增加輥鍛坯料頭部直徑有助于坯料充模,但頭部直徑過大會(huì)導(dǎo)致成形載荷急劇上升; (2)通過合理設(shè)置阻力墻迫使金屬側(cè)向流動(dòng),有利于轉(zhuǎn)向節(jié)頭部5個(gè)叉的成形,從而避免輥鍛坯料直徑過大。
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