18CrNiMo7-6齿轮锻件及克服其皮下缺陷的制造方法及检测方法
阅读说明：本技术 18CrNiMo7-6齿轮锻件及克服其皮下缺陷的制造方法及检测方法 (18CrNiMo7-6 gear forging and manufacturing method and detection method for overcoming subcutaneous defects of forging ) 是由 陈昌华 张利 张洪 孔德贵 陈海山 宋雷钧 哈曜 陈洁 刘晓磊 张思瑞 龚洋道 于 2020-12-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种18CrNiMo7-6齿轮锻件及克服其皮下缺陷的制造方法及检测方法,制造方法包括以下步骤：(1)下料,(2)第一火次,(3)锻造1,(4)第二火次,(5)锻造2,(6)第三火次,(7)锻造3。本制造方法具有如下有益效果：将原料通过锻造过程压把、墩粗及拔长,使得钢锭压密压实,使钢锭内部密度更均匀。最后等加工平整后再修整好,去除锻件表面缺陷,得到18CrNiMo7-6齿轮锻件。检测方法包括：(1)超声波检验,(2)解剖取样,(3)低倍检验,(4)金相检验,(5)扫描电镜检验,(6)结果分析,以检测出18CrNiMo7-6齿轮锻件皮下缺陷原因,以便更好克服。(The invention relates to an 18CrNiMo7-6 gear forging, a manufacturing method for overcoming subcutaneous defects of the forging and a detection method, wherein the manufacturing method comprises the following steps: (1) blanking, (2) carrying out first firing, (3) forging 1, (4) carrying out second firing, (5) forging 2, (6) carrying out third firing, and (7) forging 3. The manufacturing method has the following beneficial effects: the raw materials are pressed, upset and drawn out in the forging process, so that the steel ingot is compacted and compacted, and the internal density of the steel ingot is more uniform. And finally, finishing after the machining is smooth, and removing the surface defects of the forged piece to obtain the 18CrNiMo7-6 gear forged piece. The detection method comprises the following steps: (1) ultrasonic inspection, (2) anatomical sampling, (3) macroscopic inspection, (4) metallographic inspection, (5) scanning electron microscope inspection, and (6) result analysis, so as to detect out the reason of the subcutaneous defect of the 18CrNiMo7-6 gear forging, and better overcome the defect.)
技术领域
本发明涉及一种18CrNiMo7-6齿轮锻件及克服其皮下缺陷的制造方法及检测方法，属于金属锻造工艺技术领域。
背景技术
轮缘上有齿轮连续啮合传递运动和动力的机械元件。齿轮在传动中的应用很早就出现了。随着生产的发展，齿轮运转的平稳性受到重视。而传统加工齿轮锻件的方法会使齿轮锻件的皮下缺陷过多，而齿轮锻件的皮下缺陷过多会降低机械性能，增加锻件锻造的损伤，严重的还会使锻件直接变为废品。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种克服18CrNiMo7-6齿轮锻件皮下缺陷的制造方法，其具体技术方案如下：
克服18CrNiMo7-6齿轮锻件皮下缺陷的制造方法，包括如下步骤：
步骤1：下料：准备好冶炼完成的18CrNiMo7-6钢锭，18CrNiMo7-6钢锭作为坯料；
步骤2：第一火次：将坯料加入200℃以上的锻造加热炉中，坯料升温至1150~1250℃，保温5~15小时；
步骤3：锻造1：将坯料压把，倒棱，然后在漏盘内墩粗至H650~H750, 用各800mm的上下平砧按程序拔长8次，压成820mm的八方体状，然后滚圆得到坯料1；
步骤4：第二火次：将坯料1加入800℃以上的锻造加热炉中，坯料升温至1200℃，保温4~15小时，得到第二火次后的坯料1；
步骤5：锻造2：第二火次后的坯料1在坯料漏盘内墩粗至H700~H800，用各800mm的上下平砧按程序拔长8~10次，压成厚800mm的八方体状并滚圆，然后剁切掉冒口和水口后开坯下料，得到坯料2；
步骤6：第三火次：将坯料2加入800℃以上的锻造加热炉中，坯料升温至1200℃，保温4~15小时，得到第三火次后的坯料2；
步骤7：锻造3：将第三火次后的坯料2墩粗至H780，然后滚圆至平整后冲孔，最后修整为18CrNiMo7-6齿轮锻件。
进一步的，所述步骤一中18CrNiMo7-6钢锭的冶炼方法包括熔化、氧化、还原以及出钢，出钢后喂线，所述喂线时的镇静时间为20~30分钟。
进一步的，冶炼过程中钢锭模内壁无杂质，浇注系统干燥。
进一步的，所述18CrNiMo7-6齿轮锻件由所述权利要求1中制造方法所制。
进一步的，检测方法包括如下步骤：
步骤S1：超声波检验：对18CrNiMo7-6齿轮锻件径向圆面以及端面进行超声波直探头检测；
步骤S2：解剖取样：对18CrNiMo7-6齿轮锻件的皮下缺陷处进行取样解剖分析，沿平行于18CrNiMo7-6齿轮锻件直径的方向锯切得到圆弧体状试样A，沿垂直于试样A切割方向锯切得到圆弧体状试样B，将试样A和试样B沿平行于18CrNiMo7-6齿轮锻件高℃方向上锯切两次，试样A锯切位置偏向圆弧端部，试样B靠近中线位置，各取中部试样，并将两中部试样沿垂直其长℃方向锯切两次，各取中部试样2，将两中部试样2再锯切两次，得到试样A1、A2、B1和B2；
步骤S3：低倍检验：将步骤S2中得到的四块试样A1、A2、B1和B2经刨机、磨机加工后，在70℃的1:1工业盐酸水溶液中腐蚀25分钟，腐蚀后观察；
步骤S4：金相检验：将试样A1放入试剂腐蚀后观察；
步骤S5：扫描电镜检验：对试样A1在所述步骤S5中得到的金相试样进行扫描电镜分析。
本发明的有益效果是：使用本方法制造的齿轮可以保证运转的平稳性，配合检测齿轮皮下缺陷的方法，可以减少齿轮锻件的皮下缺陷，提高齿轮的机械性能，降低锻件锻造的损伤，降低锻件成本，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明的齿轮锻件加工尺寸，
图2是本发明的端面超声波探伤波形，
图3是本发明的齿轮锻件试样分解示意图，
图4是本发明的齿轮锻件小半圆试样分解示意图，
图5是齿轮锻件线切割试样分解示意图，
图6是低倍试样宏观形貌，
图7是低倍试样局部放大宏观形貌，
图8是50x 裂纹特征形貌，
图9是100x非裂纹附近夹杂形貌，
图10-11是100x 裂纹特征形貌，
图12是500x非裂纹附近夹杂形貌，
图13-15是500x裂纹特征形貌，
图16是50x 裂纹组织形貌，
图17-18是100x裂纹组织形貌，
图19是500x裂纹组织形貌，
图20是100x基体组织，
图21是500x 基体组织，
图22是1500X 缺陷形貌，
图23是1000X 缺陷形貌，
图24是A位置扫描电镜能谱，
图25是B位置扫描电镜能谱。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，18CrNiMo7-6齿轮锻件由上述制造方法所制得到图示的尺寸。
克服18CrNiMo7-6齿轮锻件皮下缺陷的制造方法，包括如下步骤：
步骤1：下料：准备好冶炼完成的18CrNiMo7-6钢锭，18CrNiMo7-6钢锭作为坯料；
步骤2：第一火次：将坯料加入200℃以上的锻造加热炉中，坯料升温至1150~1250℃，保温5~15小时；
步骤3：锻造1：将坯料压把，倒棱，然后在漏盘内墩粗至H650~H750, 用各800mm的上下平砧按程序拔长8次，压成820mm的八方体状，然后滚圆得到坯料1；
步骤4：第二火次：将坯料1加入800℃以上的锻造加热炉中，坯料升温至1200℃，保温4~15小时，得到第二火次后的坯料1；
步骤5：锻造2：第二火次后的坯料1在坯料漏盘内墩粗至H700~H800，用各800mm的上下平砧按程序拔长8~10次，压成厚800mm的八方体状并滚圆，然后剁切掉冒口和水口后开坯下料，得到坯料2；
步骤6：第三火次：将坯料2加入800℃以上的锻造加热炉中，坯料升温至1200℃，保温4~15小时，得到第三火次后的坯料2；
步骤7：锻造3：将第三火次后的坯料2墩粗至H780，然后滚圆至平整后冲孔，最后修整为18CrNiMo7-6齿轮锻件。
步骤一中18CrNiMo7-6钢锭的冶炼方法包括熔化、氧化、还原以及出钢，出钢后喂线，所述喂线时的镇静时间为20~30分钟。冶炼过程中钢锭模内壁无杂质，浇注系统干燥。
18CrNiMo7-6齿轮锻件皮下缺陷的的检测方法，包括如下步骤：
步骤S1：超声波检验：对18CrNiMo7-6齿轮锻件径向圆面以及端面进行超声波直探头检测；
步骤S2：解剖取样：对18CrNiMo7-6齿轮锻件的皮下缺陷处进行取样解剖分析，沿平行于18CrNiMo7-6齿轮锻件直径的方向锯切得到圆弧体状试样A，沿垂直于试样A切割方向锯切得到圆弧体状试样B，将试样A和试样B沿平行于18CrNiMo7-6齿轮锻件高℃方向上锯切两次，试样A锯切位置偏向圆弧端部，试样B靠近中线位置，各取中部试样，并将两中部试样沿垂直其长℃方向锯切两次，各取中部试样2，将两中部试样2再锯切两次，得到试样A1、A2、B1和B2；
步骤S3：低倍检验：将步骤S2中得到的四块试样A1、A2、B1和B2经刨机、磨机加工后，在70℃的1:1工业盐酸水溶液中腐蚀25分钟，腐蚀后观察；
步骤S4：金相检验：将试样A1经4%硝酸酒精腐蚀后观察；
步骤S5：扫描电镜检验：对试样A1在所述步骤S5中得到的金相试样进行扫描电镜分析。
如图2-25所示，18CrNiMo7-6齿轮锻件检测如下几项，以证明是否克服了锻件的皮下缺陷：
1. 超声波检验结果
对齿轮锻件径向圆面进行超声波直探头检测，未发现缺陷显示；端面进行超声波直探头检测，发现在外圆附近多处小缺陷显示，最大为FBH1.7mm，见图2所示。
2. 解剖取样
对齿轮锻件皮下缺陷处进行取样解剖分析，沿齿轮锻件A位置线和B位置线锯切，制作成半圆状试样，见图3所示。再沿A试样、B试样的红线位置锯切成小试样，见图4所示。对A小试样、B小试样进一步超声波探伤缺陷定位，如图5所示，沿试样的红线位置分别锯切成两块试样做低倍检测，将四块试样进行编号，分别为A1、A2和B1、B2。
3. 低倍检验结果
4块低倍试样经刨、磨机加工后，在70℃的1:1工业盐酸水溶液中腐蚀25分钟。腐蚀后观察，A2和B1、B2均未见到缺陷显示，A1试样表面有一条裂纹，平行于端面，距外圆面10mm，裂纹长约1.5mm，形态刚直，如图6、图7所示。试样表面没有疏松、孔洞等其他明显低倍缺陷。
4. 金相检验结果
A1试样金相检验
A1试样缺陷长℃约1.6mm，缺陷细小、断续、未稍圆顿，内部充满夹杂，基体面也可见夹杂，见图8～图15显微形貌。
腐蚀观察，缺陷两侧内部无氧化，无脱碳。缺陷中部、尾部的两侧可见大块夹杂，显微形貌见图16～图19所示。基体组织良好，为贝氏体+粒贝+铁素体，显微形貌见图20～图21所示。
5. 扫描电镜检验结果
对A1试样进行扫描电镜分析，试样表面缺陷形貌见图22、23所示，扫描电镜可见缺陷缝内较多夹杂物。夹杂经能谱无标样半定量成分分析，夹杂物含有Ca、Mg、Al类元素，见图24、25所示。
6. 结果分析
超声波直探头检测，未发现缺陷显示；端面进行超声波直探头检测，发现在外圆附近多处小缺陷显示，最大为FBH1.7mm。低倍腐蚀后观察，试样表面有一条裂纹，平行于端面，距外圆面10mm，裂纹长约1.5mm，形态刚直，试样表面没有疏松、孔洞等其他明显低倍缺陷。
金相分析，试样缺陷长℃约1.6mm，缺陷细小、断续、未稍圆顿，内部充满夹杂，基体面也可见夹杂。腐蚀观察，缺陷两侧内部无氧化，无脱碳。缺陷中部、尾部的两侧可见大块夹杂，基体组织正常，为贝氏体+粒贝+铁素体。扫描电镜分析，可见缺陷缝内较多的夹杂物，夹杂经能谱无标样半定量成分分析，夹杂物主要含有Ca、Mg、Al类元素，属于氧化铝类夹杂，来源于脱氧产物。
7. 结论
1) 缺陷内部充满夹杂，表明缺陷的形成与夹杂有关；
2) 建议加强铝脱氧钢的处理，确保喂线后的镇静时间和防止钢液的二次氧化；
3) 皮下缺陷为蠕虫状且非扩展性，经综合判定检测结果小于FBH2mm的规范，满足加工的技术要求。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
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