表 1化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)
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本鋼板材股份有限公司技術(shù)研究院，遼寧 本溪 117000
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摘要:易切削曲軸鋼S45CrS具有組織致密、承受載荷大、耐熱性好、硬度均勻性好等特點(diǎn)，常用于制作發(fā)動(dòng)機(jī)中承受沖擊載荷和傳遞動(dòng)力的重要零件。S45CrS鋼中硫化物(Mn、Fe)S的形態(tài)分為三類：I類為大小不同的球形；II類在鋼的晶界以很細(xì)的鏈條狀析出，屬于晶界硫化物；III類形狀為塊狀的單相夾雜物，在鋼中分布無(wú)規(guī)則。硫化物的形態(tài)直接影響鋼材的力學(xué)性能和切削性能，而硫化物呈球狀或紡錘狀比線條狀更有利于切削性能的提高。本文通過(guò)電子顯微鏡對(duì)易切削非調(diào)質(zhì)鋼S45CrS低倍試片的中心、1/2半徑和邊緣處形貌及具體硫化物夾雜物分析，發(fā)現(xiàn)有氧元素存在的條件下硫化物夾雜物形態(tài)更接近圓形或橢圓形，氧含量越高效果越明顯，促進(jìn)了I類和III類硫化物的形成。
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曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)中承受沖擊載荷、傳遞動(dòng)力的重要零件，在工作中要承受交變載荷所引起的彎曲和剪切應(yīng)力，對(duì)疲勞、耐磨和強(qiáng)度等性能指標(biāo)都有非常高的要求[1-2]。因此，在曲軸生產(chǎn)中對(duì)材質(zhì)以及毛坯加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強(qiáng)化、動(dòng)平衡等要求都十分嚴(yán)格。曲軸用鋼具有組織致密、晶粒細(xì)、承受載荷大、耐熱性好、硬度均勻性好等特點(diǎn)，為了提高曲軸加工過(guò)程中的切削性能，需要添加一定量的硫，以減小切削加工過(guò)程中刀具的磨損，而硫化物的形態(tài)直接影響鋼材的力學(xué)性能和切削性能。硫以(Mn、Fe)S的形式存在于鋼中，主要分成三類[3-6]：I類為大小不同的球形；II類在鋼的晶界以很細(xì)的鏈條狀析出，屬于晶界硫化物；III類形狀為塊狀的單相夾雜物，在鋼中分布無(wú)規(guī)則。
由于鋼中MnS夾雜物隔斷了基體的連續(xù)性和應(yīng)力集中源作用而使車削易斷，同時(shí)硫化物的潤(rùn)滑作用使刀具的磨損減小，從而改善了鋼材的切削性能。鋼中MnS的形態(tài)、分布對(duì)鋼材的性能有很大的影響，而研究表明夾雜物呈球狀或紡錘狀比線條狀更有利于切削性能的提高，因此用戶希望鋼中的MnS的組織形態(tài)呈紡錘狀或近似球狀。
本鋼技術(shù)研究院成功開(kāi)發(fā)了成分均勻、力學(xué)性能穩(wěn)定、易切削的曲軸用鋼S45CrS，以滿足高端用戶產(chǎn)品要求。
1. 實(shí)驗(yàn)
1.1 實(shí)驗(yàn)材料
隨機(jī)取1爐易切削S45CrS曲軸鋼試樣，其化學(xué)成分組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）如表1所示。切取規(guī)格為?90 mm的成品鋼材試片，經(jīng)過(guò)熱酸腐蝕，低倍組織如圖1所示。
由圖1可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)熱酸腐蝕后的易切削S45CrS曲軸鋼試樣低倍組織疏松程度很小，表明鋼材致密度很好，具體檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2
表 2低倍組織檢驗(yàn)結(jié)果1.2 硫氧反應(yīng)
LF爐冶煉過(guò)程主要為調(diào)節(jié)成分和脫硫過(guò)程，鋼液和鋼渣中脫硫過(guò)程反應(yīng)方程式為：
LF精煉過(guò)程中，硫在渣和鋼中的分配比與渣和鋼中氧的活度比成正比，文獻(xiàn)[7]對(duì)硫化物進(jìn)行了詳細(xì)的熱力學(xué)分析。
2. 結(jié)果與討論
本實(shí)驗(yàn)中在低倍試片中心(編號(hào)0)、1/2半徑(編號(hào)1)、邊緣(編號(hào)2)各取1塊組織料，先進(jìn)行組織分析，再用掃描電子顯微鏡對(duì)夾雜物形態(tài)、分布及成分定性分析。文獻(xiàn)[8]對(duì)鋼中硫化物的形貌及分布進(jìn)行了詳細(xì)描述。
2.1 試片中心處夾雜物分布及形態(tài)
圖2為試片中心處掃描電鏡拍攝的夾雜物分布圖。從圖2中可以看出，中心處夾雜物的形狀有圓形、橢圓形及不規(guī)則條形。對(duì)不同形狀的夾雜物進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果如表3和表4所示。
表 3中心處圖2(a)中夾雜物成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）表 4中心處圖2(b)中非金屬夾雜物成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)經(jīng)比照圖2中不同形狀?yuàn)A雜物分析結(jié)果可知，有氧元素存在的條件下夾雜物形態(tài)更接近圓形或橢圓形，氧含量越高效果越明顯。
2.2 試片1/2半徑處夾雜物分布及形態(tài)
圖3為試片1/2半徑處掃描電鏡拍攝的夾雜物分布圖。從圖中可以看出1/2半徑處夾雜物的形狀有圓形、橢圓形及不規(guī)則條形。對(duì)不同形狀的夾雜物進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果如表5和表6所示。
表 5試片1/2半徑處圖3(a)中非金屬夾雜物成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)表 6試片1/2半徑處圖3(b)中非金屬夾雜物成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）經(jīng)比照圖3中不同形狀?yuàn)A雜物分析結(jié)果可知，有氧元素存在的條件下夾雜物形態(tài)更接近圓形或橢圓形，氧含量越高效果越明顯。
2.3 試片邊緣處非金屬夾雜物分布及形態(tài)
圖4為試片邊緣處掃描電鏡拍攝的夾雜物分布圖。從圖中可以看出邊緣處夾雜物的形狀有圓形、橢圓形及不規(guī)則條形。對(duì)不同形狀的夾雜物進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果如表7和表8所示。
表 7試片邊緣處圖4(a)中非金屬夾雜物成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）表 8試片邊緣處圖4(b)中非金屬夾雜物成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）經(jīng)比照圖4中不同形狀?yuàn)A雜物分析結(jié)果可知，有氧元素存在的條件下夾雜物形態(tài)更接近圓形或橢圓形，氧含量越高效果越明顯。
通過(guò)對(duì)易切削鋼S45CrS的橫截面中心、1/2半徑和邊緣的硫化物夾雜形態(tài)分析可以得出：氧含量對(duì)硫化物形態(tài)具有一定的影響，促進(jìn)了I類和III類硫化物形成，形成規(guī)律符合Fe-MnS-MnO三元系相圖（圖5）。
3. 結(jié)束語(yǔ)
S45CrS鋼材低倍試片中心疏松、一般疏松、錠型偏析級(jí)別很小，鋼材致密度很好；LF精煉過(guò)程中，硫在渣和鋼中的分配比與渣和鋼中氧的活度比成正比；通過(guò)對(duì)低倍試片的中心、1/2半徑和邊緣處夾雜物形貌和成分分析，有氧元素存在的條件下夾雜物形態(tài)更接近圓形或橢圓形，氧含量越高效果越明顯；氧含量對(duì)硫化物形態(tài)具有一定的影響，促進(jìn)了I類和III類硫化物的形成，形成規(guī)律符合Fe-MnS-MnO三元系相圖。
來(lái)源：金屬世界
