17Cr2Ni2MoA钢与18Cr2Ni4WA钢性能对比

江湖狼

17Cr2Ni2MoA钢是一种综合性能良好的齿轮材料，其热处理后的力学性能与热处理工艺性能与我公司现使用的18Cr2Ni4WA钢进行试验对比研究。



1序 言

随着国内外材料科学技术的快速发展，我国制造业对齿轮材料的选用已不局限于国内已有材料，越来越多的企业引进国外一些综合性能优良的齿轮材料。17Cr2Ni2MoA钢就是一种力学性能和工艺性优异的国产渗碳齿轮材料，该材料经过渗碳淬火后性能和国内重型机械广泛使用的18Cr2Ni4WA钢齿轮材料相当，但其热处理工艺性更优，原材料经济性更高，相比后者原材料每吨节约成本0.6万元左右。但能否最大限度的发挥17Cr2Ni2MoA钢的潜在性能，与各个使用厂家热处理工艺技术水平有关。为了使该材料成功应用在齿轮产品中，我公司进行了试验研究。



2两种材料力学性能试验对比


2.1 化学成分


两种材料化学成分见表1。



         表1  18Cr2Ni4WA钢与17Cr2Ni2MoA钢化学成分（质量分数）        （%）





通过对比得知，这两种齿轮材料碳含量接近，均为低碳合金渗碳钢，可以通过渗碳淬火处理提高齿轮的表面硬度。



2.2 两种材料力学性能对比


为了研究两种材料的力学性能，我们投产了17Cr2Ni2MoA钢与18Cr2Ni4WA钢两种材料的同尺寸试棒进行力学性能对比。



18Cr2Ni4WA钢是我公司目前使用的材料，根据我公司生产工艺，18Cr2Ni4WA钢试棒采用的制造流程为：锻后正火+回火→机加工→渗碳→高温回火3次→机加工→调质。



由于我公司未使用过17Cr2Ni2MoA材料，在工艺方面参考其他厂家及各种文献后决定17Cr2Ni2MoA钢试棒采用的制造流程为：锻后正火+回火→机加工→渗碳→高温回火→机加工→调质。



根据上述工艺过程热处理后，将试棒按照标准加工成试样进行检验，结果见表2。



表2  两种材料试样热处理后力学性能



2.3 试棒力学性能检测结果分析


1）相同尺寸的17Cr2Ni2MoA钢和18Cr2Ni4WA钢渗碳调质后，屈服强度、抗拉强度接近。



2）17Cr2Ni2MoA钢相比18Cr2Ni4WA钢的冲击韧度稍低。



3）17Cr2Ni2MoA钢相比18Cr2Ni4WA钢的断面收缩率稍低，相差5%～7%。



4）17Cr2Ni2MoA钢相比18Cr2Ni4WA钢的伸长率稍低，相差6%。



5）在本次试验中，对φ60mm试样17Cr2Ni2MoA材料因特殊情况未进行渗碳后高温回火处理，对其后续整体淬火硬度、强度、冲击韧度影响不大，但对伸长率的影响较大，因此17Cr2Ni2MoA钢渗碳后进行一次高温回火对零件整体性能非常重要。




3 结果与讨论

为了研究两种材料的热处理工艺性能，我们投产了17Cr2Ni2MoA钢与18Cr2Ni4WA钢两种材料的同尺寸试样进行对比。



按照现有的18Cr2Ni4WA钢渗碳工艺，将两种材料的试样同生产中的工件一起装炉，分两炉同时进行渗碳，渗碳后高温回火一次，检验试样各渗碳结果，见表3。



表3 试样渗碳结果



渗碳后检验结果分析：

1）碳化物（K）级别有差异，但差异不大，完全可保证碳化物级别符合K≤4级的国家标准。



2）17Cr2Ni2MoA钢工艺性优良，其一次高温回火后残留奥氏体基本可降至2级，可进行后续调质或整体淬火工序；18Cr2Ni4WA钢一次高温回火后残留奥氏体级别依旧较大，需进行2～4次的高温回火工序，方可降低。



3）渗碳层深度有差异，但差异不大。本次试验中，17Cr2Ni2MoA钢的渗碳层深度稍小于18Cr2Ni4WA钢。




4结束语



17Cr2Ni2MoA钢与现在使用的18Cr2Ni4WA钢的力学性能相差不大，但是工艺性能更好，成本降低，完全可以替代我公司现有的18Cr2Ni4WA钢。



齿轮在采煤机中为主要零部件，占比较大，17Cr2Ni2MoA钢的应用每年至少为我公司节约齿轮制造成本300万元以上，且该材料因为工艺性能优良，渗碳后高温回火次数减少，所以可缩短齿轮加工周期，减少齿轮产品变形，进一步提高齿轮的热处理质量，降低后续机加工成本。