[發明專利]一種殘余奧氏體調節的柔輪用特殊鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202110521703.9
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113249652B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 于廣華;王學敏;徐秀蘭;馮春;滕蛟;李明華
• 申請（專利權）人: 廣東麥格智芯精密儀器有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/44;C22C38/48;C22C38/42;C21D8/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明的實施例公開一種殘余奧氏體調節的柔輪用特殊鋼及其制備方法，屬于柔輪用特殊鋼的技術領域。所述柔輪用特殊鋼采用中碳高強度特殊鋼制成，以質量百分比計，所述中碳高強度特殊鋼的化學成分為：C 0.44％～0.50％、Si 0.15％～0.25％、Mn 1.0％～1.20％、Cr 0.8％～2.20％、Ni 2.51％～2.80％、Mo 0.20％～0.25％、Nb 0.030％～0.04％、P≤0.012％、S≤0.005％，Cu 0.30％～0.40％；余量為Fe及不可避免的雜質。所述制備方法包括對柔輪用特殊鋼的鋼坯進行固溶熱處理+兩階段熱軋+一次正火+兩次臨界熱處理+高溫回火來控制晶粒細化和殘余奧氏體組織。

技術領域

本發明屬于柔輪用特殊鋼的技術領域，涉及一種殘余奧氏體調節的柔輪用特殊鋼及其制備方法。

背景技術

目前，隨著經濟和社會的不斷進步，越來越多的企業重視智能制造的發展趨勢，因此國內出現很多的無人工廠。而無人工廠離不開機器人的參與，其中工業和協作機器人更是進入了快速的發展期。然而在國內機器人發展過程中，工業機器人或協作機器人的關鍵部件如諧波減速器性能成了整個機器人工業發展的瓶頸。

諧波減速器是一種靠波發生器與柔性軸承使柔性齒輪即柔輪產生彈性變形，并與剛性齒輪即剛輪相嚙合來傳遞運動和動力的齒輪傳動機構。其中諧波減速器的破環形式是主要是由于柔輪的疲勞開裂或者疲勞磨損，柔輪材料由于服役條件的特殊性，既要有一定的強韌性能，又要有較高的抗疲勞性能。

故而，柔輪材料的性能要求較為苛刻，其性能直接制約了國產諧波減速器的水平。特別是如何提升國產柔輪的水平，如何優化適合于諧波減速器用的柔輪材料的性能國內外很少有報道。

發明內容

本發明解決的技術問題是如何采用特殊的合金設計，配合特殊的制備成型方法和熱處理方法以控制殘余奧氏體及組織均勻性；從而使得所制備柔輪材料的晶粒尺寸能夠細化到10μm以下，具有良好的韌性和疲勞性能，便于諧波減速器的柔輪大規模制造。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種通過控制殘余奧氏體來調節性能的柔輪用特殊鋼及其制備方法，通過兩階段軋制、多步熱處理和合金元素Nb來細化晶粒，同時結合碳含量和Ni含量的協同選擇對材料的殘余奧氏體進行控制，最終柔輪用特殊鋼的晶粒尺寸小于10μm，殘余奧氏體含量大于10％，以滿足諧波減速器中對柔輪材料的抗疲勞性能需求。具體如下所示：

一種殘余奧氏體調節的柔輪用特殊鋼，采用中碳高強度特殊鋼制成，以質量百分比計，所述中碳高強度特殊鋼的化學成分為：C 0.44％～0.50％、Si0.15％～0.25％、Mn1.0％～1.20％、Cr 0.8％～2.20％、Ni 2.51％～2.80％、Mo 0.20％～0.25％、Nb 0.030％～0.04％、P≤0.012％、S≤0.005％，Cu 0.30％～0.40％；余量為Fe及不可避免的雜質。

優選地，所述柔輪用特殊鋼的組織結構為合金的晶粒尺寸小于10μm，殘余奧氏體含量大于10％。

優選地，所述柔輪用特殊鋼的力學性能：硬度為39.0～40.2HRC，-40℃夏比沖擊功為105～166J，裝機后的疲勞壽命為10000～11000h。

為了能實現上述柔輪用特殊合金鋼所具有的優良性能以及成分、晶粒的均勻性，針對中碳高強度合金成分和組織要求以及加入合金元素不同的特點，制定多步感應處理的熱處理工藝。

一種所述的殘余奧氏體調節的柔輪用特殊鋼的制備方法，所述制備方法包括對柔輪用特殊鋼的鋼坯進行固溶熱處理，然后進行兩階段熱軋得到成型鋼材，之后成型鋼材經過一次正火、兩次臨界熱處理和高溫回火來控制晶粒細化和殘余奧氏體組織。

優選地，所述制備方法具體包括以下步驟：

(1)固溶熱處理：先將柔輪用特殊鋼的鋼坯加熱至1140～1180℃，然后保溫2小時；