[发明专利]一种残余奥氏体调节的柔轮用特殊钢及其制备方法

说明书

本发明的实施例公开一种残余奥氏体调节的柔轮用特殊钢及其制备方法，属于柔轮用特殊钢的技术领域。所述柔轮用特殊钢采用中碳高强度特殊钢制成，以质量百分比计，所述中碳高强度特殊钢的化学成分为：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％；余量为Fe及不可避免的杂质。所述制备方法包括对柔轮用特殊钢的钢坯进行固溶热处理+两阶段热轧+一次正火+两次临界热处理+高温回火来控制晶粒细化和残余奥氏体组织。

技术领域

本发明属于柔轮用特殊钢的技术领域，涉及一种残余奥氏体调节的柔轮用特殊钢及其制备方法。

背景技术

目前，随着经济和社会的不断进步，越来越多的企业重视智能制造的发展趋势，因此国内出现很多的无人工厂。而无人工厂离不开机器人的参与，其中工业和协作机器人更是进入了快速的发展期。然而在国内机器人发展过程中，工业机器人或协作机器人的关键部件如谐波减速器性能成了整个机器人工业发展的瓶颈。

谐波减速器是一种靠波发生器与柔性轴承使柔性齿轮即柔轮产生弹性变形，并与刚性齿轮即刚轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动机构。其中谐波减速器的破环形式是主要是由于柔轮的疲劳开裂或者疲劳磨损，柔轮材料由于服役条件的特殊性，既要有一定的强韧性能，又要有较高的抗疲劳性能。

故而，柔轮材料的性能要求较为苛刻，其性能直接制约了国产谐波减速器的水平。特别是如何提升国产柔轮的水平，如何优化适合于谐波减速器用的柔轮材料的性能国内外很少有报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是如何采用特殊的合金设计，配合特殊的制备成型方法和热处理方法以控制残余奥氏体及组织均匀性；从而使得所制备柔轮材料的晶粒尺寸能够细化到10μm以下，具有良好的韧性和疲劳性能，便于谐波减速器的柔轮大规模制造。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种通过控制残余奥氏体来调节性能的柔轮用特殊钢及其制备方法，通过两阶段轧制、多步热处理和合金元素Nb来细化晶粒，同时结合碳含量和Ni含量的协同选择对材料的残余奥氏体进行控制，最终柔轮用特殊钢的晶粒尺寸小于10μm，残余奥氏体含量大于10％，以满足谐波减速器中对柔轮材料的抗疲劳性能需求。具体如下所示：

一种残余奥氏体调节的柔轮用特殊钢，采用中碳高强度特殊钢制成，以质量百分比计，所述中碳高强度特殊钢的化学成分为：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％；余量为Fe及不可避免的杂质。

优选地，所述柔轮用特殊钢的组织结构为合金的晶粒尺寸小于10μm，残余奥氏体含量大于10％。

优选地，所述柔轮用特殊钢的力学性能：硬度为39.0～40.2HRC，-40℃夏比冲击功为105～166J，装机后的疲劳寿命为10000～11000h。

为了能实现上述柔轮用特殊合金钢所具有的优良性能以及成分、晶粒的均匀性，针对中碳高强度合金成分和组织要求以及加入合金元素不同的特点，制定多步感应处理的热处理工艺。

一种所述的残余奥氏体调节的柔轮用特殊钢的制备方法，所述制备方法包括对柔轮用特殊钢的钢坯进行固溶热处理，然后进行两阶段热轧得到成型钢材，之后成型钢材经过一次正火、两次临界热处理和高温回火来控制晶粒细化和残余奥氏体组织。

优选地，所述制备方法具体包括以下步骤：

(1)固溶热处理：先将柔轮用特殊钢的钢坯加热至1140～1180℃，然后保温2小时；