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超细晶粒中、高碳钢轴类零件及其制造技术
    【技术领域】

    本发明涉及工程材料和制造技术领域。

    背景技术

    晶粒超细化可以同时有效地提高材料的强度和韧性，是目前新一代钢铁材料研究及其制品开发所追求的重要目标。近年来，为降低生产成本、节省能源、减小环境负荷和资源再利用，以充分发掘钢铁材料的性能潜力，日、美、韩、中、澳等钢铁大国在利用各种热加工手段来实现钢材组织超细化领域的研究异常活跃，并已取得重要进展，但是这些研究工作大多限于中低碳钢。

    中、高碳钢在工业上应用广泛，如何使中、高碳甚至超高碳钢在组织超细化的同时获得优异的综合性能，并将其用于工业化生产，具有非常重要的理论和实际意义。近年来日本的牧正志等人发现，高碳钢经重度冷轧(90％以上)及退火后可在实验室条件下得到超微细复相组织，无论是对超细晶粒高碳钢板材还是棒材生产来说，对于如此大的冷变形在目前的工业生产条件下几乎难以实现。

    采用斜轧或楔横轧技术可以直接将坯料轧成最终或接近最终尺寸的轴类零件，而且具有节省原料、生产效率高等特点。然而目前对于碳素钢和低合金钢轴类件的轧制，实际生产中的轧制温度大都在1000～1200℃，而且所得轴类零件或零件毛坯的最终组织很难达到超微细程度(亚微米级)。

    本发明的目的在于提供一种超细晶粒中、高碳钢轴类零件及其制造技术，这种轴类零件具有超细晶粒组织和超高强韧性，成形后不再需要热处理和大量的切削加工。

    这种超细晶粒中、高碳钢轴类零件及其制造技术，其特征是：化学成份C0.40-1.50％，Mn＜3.00％，Si＜3.00％，Cr＜3.00％，V＜0.50％，P＜0.03％，S＜0.03％，其余为Fe；其制造方法是：成形之前将棒坯的预备组织处理成珠光体；然后根据零件的性能要求，在Ar1温度以下400℃范围内进行单道次斜轧或楔横轧；零件成形过程中，在从表面到心部的一定范围内自发形成晶粒及第二相颗粒尺度均为亚微米级(1微米以下)的超微细复相组织，从而将所制轴类零件的强度、塑性和韧性的配比调整到预期目标。

    该专利技术特别适用于超细晶粒中、高碳或超高碳钢棒类和轴类零件的制造。

    【附图说明】

    图1为预备组织的透射电镜照片

    图2为具有超细晶粒中高碳钢轴类零件

    图3为成形后零件表层组织地透射电镜照片

    【具体实施方式】

    将化学成份为C0.6％，Mn0.4％，Si0.4％，Cr0.3％，V0.05％，P0.035％，S0.035％(其余为Fe)的钢先热处理成珠光体(见图1)，在500℃温度下斜轧成轴类零件(见图2)，该零件表层组织如图3所示，铁素体晶粒及第二相颗粒尺寸均在0.5微米(500纳米)以下。

    这种超细晶粒中、高碳钢轴类零件的制备方法体现了“晶粒超细化”、“组织与性能控制”以及“近终成形”等材料科学与工程领域的最新成就，其区别于用斜轧或楔横轧方法制造的传统轴类件的主要特点在于(1)零件成形前坯料的组织为珠光体，而传统技术的坯料组织则为奥氏体；(2)采用相对低的成形温度和适当的变形量，使原始组织在零件成形过程中便实现超细化，而传统加工技术均为热加工，故无法保证零件最终组织达到超微细程度。

    该轴类零件具有超细晶粒组织和超高强韧性，成形后不再需要热处理和大量的切削加工，适于制造汽车、拖拉机、摩托车和发动机等轴类零件、纺织锭杆以及电机轴类零件等。