摘要
汽车工业的快速发展给能源带来了巨大压力，节能降耗是汽车生产的必然趋势，采用节能环保型钢材进行汽车生产是节能降耗的有效方法。非调质钢在生产过程中不经过调质处理，可以有效地节能减排、降低成本，是当前汽车领域的研究热点。半轴作为汽车传动系统的核心零件之一，其质量和性能对汽车的安全性和性能具有至关重要的影响。非调质钢作为一种高强韧性优质钢种，可有效提高半轴的承载能力，在汽车半轴上的应用越来越广泛。本文研究了一种汽车半轴用F45MnVS非调质钢，F45MnVS是一种铁素体+珠光体型非调质钢，对F45MnVS钢半轴静扭性能的关键影响因素进行分析，并对F45MnVS非调质钢相变规律及晶粒长大行为、组织性能关系以及热加工工艺进行了研究，为F45MnVS非调质钢热加工工艺的优化和F45MnVS非调质钢在汽车半轴制造中的应用奠定基础。 通过对国内外非调质钢半轴组织性能的对比，研究了F45MnVS非调质钢半轴静扭性能的关键影响因素。研究发现：半轴的心部基体组织强度和淬硬层深度是半轴零件质量控制的关键因素；半轴表面淬火后组织性能出现明显分层，分层参数对半轴的静扭性能存在显著影响，半轴扭转失效的薄弱点位于淬火过渡区与心部基体组织的交界处，该区域的强度会显著影响半轴的静扭性能；半轴花键与杆部之间的过渡圆角存在应力集中，应力集中随圆角的增大而减小，最大应力位置并不是在过渡圆弧与杆部的切点处，而是出现在过渡圆弧内的某一位置。 通过热处理实验及硬度检测研究了F45MnVS非调质钢的相变规律和晶粒长大行为，F45MnVS非调质钢的相变温度Ac1约为725℃，Ac3约为775℃，F45MnVS非调质钢的晶粒长大行为主要受到加热温度的影响，晶粒尺寸随加热温度的提高显著增大，F45MnVS的晶粒长大模型为D=800.476?t0.04183?e38004.13/RT，具有较高的预测精度。通过热处理实验研究了F45MnVS非调质钢的组织性能关系，结果表明F45MnVS非调质钢的显微组织为铁素体+珠光体+索氏体、托氏体，显微组织比例是影响其强度和硬度的主要因素，而组织比例主要受冷速的影响，随着冷速的提高，铁素体和珠光体的含量减少，索氏体和托氏体增多，实验钢强度和硬度提高，塑性变化较小；珠光体团尺寸对实验钢力学性能存在一定影响，随奥氏体化温度升高，原始奥氏体晶粒长大，相应的珠光体团尺寸也增大，实验钢的强度和硬度提高，延伸率和断面收缩率下降。 通过热处理实验研究了F45MnVS非调质钢的表面脱碳行为，揭示了热加工条件对F45MnVS非调质钢表面脱碳的影响规律。结果表明，在较低加热温度下，脱碳层厚度随温度的升高而增大，在1200℃达到最大值，加热温度提高到1250℃后，由于高温下实验钢表面氧化程度加剧导致脱碳层厚度减小；保温时间对实验钢的表面脱碳层厚度影响较小，脱碳层厚度与保温时间呈抛物线关系，随保温时间的延长而逐渐增大，增大速率逐渐变缓。通过热模拟实验研究了F45MnVS非调质钢的终轧工艺，获得了实验钢的动态CCT曲线，结果表明终轧温度和轧后冷速对F45MnVS非调质钢的组织性能具有显著影响。终轧温度的升高使珠光体团尺寸增大，铁素体和珠光体含量降低，索氏体和托氏体含量升高，硬度增大；轧后冷速的提高，使铁素体和珠光体尺寸逐渐减小，同时也使铁素体与珠光体的含量降低，索氏体和托氏体含量升高，硬度增大；冷速提高到2℃/s及以上时，实验钢开始析出贝氏体。通过热模拟实验研究了F45MnVS非调质钢的高温变形行为，揭示了热变形条件对实验钢组织性能的影响规律。初始加热温度的降低、低变形速率以及高变形温度会促进实验钢的动态再结晶；热变形条件通过影响动态再结晶程度影响晶粒形态，进而使实验钢的组织比例发生变化，影响实验钢的性能；初始加热温度的降低、变形量的增大以及变形温度的降低使实验钢珠光体团尺寸减小，铁素体和珠光体含量增加，索氏体和托氏体减少，硬度下降；变形速率的提高会使实验钢的珠光体团尺寸显著减小，但对实验钢的硬度无明显影响。
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