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      亞溫淬火工藝對(duì)42CrMo4鋼沖擊韌度的影響

      2015-12-27 07:35:00鄭馨秋姚建柱
      金屬加工(熱加工) 2015年5期
      關(guān)鍵詞:韌度調(diào)質(zhì)鐵素體

      鄭馨秋,姚建柱

      42CrMo4為中碳低合金鋼,其具有較低的制造成本和較高的力學(xué)性能,因此在工業(yè)制造領(lǐng)域被廣泛使用。該鋼種屬高強(qiáng)度鋼,強(qiáng)度、淬透性高,韌性好,淬火時(shí)變形小,高溫時(shí)有高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度,無(wú)明顯的回火脆性,調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力,低溫沖擊韌度良好,適宜制造要求一定強(qiáng)度和韌性的大中型塑料模具,及用于制造要求較35CrMo鋼強(qiáng)度更高和調(diào)質(zhì)截面更大的鍛件,如機(jī)車牽引用的大齒輪、增壓器傳動(dòng)齒輪、壓力容器齒輪、后軸、受載荷極大的連桿及彈簧夾,也可用于2000m以下石油深井鉆桿接頭與打撈工具,并且可以用于折彎?rùn)C(jī)的模具。

      我公司生產(chǎn)的某大型設(shè)備卷筒軸(見圖1)采用德國(guó)42CrMo4鋼制造,因工件尺寸較大(φ550mm×4000mm)、性能指標(biāo)高,油冷淬火無(wú)法滿足要求,采用更為激烈的冷卻方式(如水冷)時(shí),冷卻時(shí)間不易控制,淬裂傾向較大。因此,如何在不降低工件強(qiáng)度的同時(shí)提高工件沖擊韌度,成為制訂熱處理工藝過(guò)程中考慮的重要問(wèn)題。中碳鋼臨界區(qū)淬火,由于能得到極細(xì)的奧氏體晶粒,并使磷等有害雜質(zhì)集中于少量游離分散的鐵素體晶粒中,因此可以提高鋼的缺口韌性,降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度,減小回火脆性。本文對(duì)這種工藝在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行實(shí)踐和研究。

      1. 42CrMo4鋼的基本參數(shù)

      42CrMo4材料的化學(xué)成分見表1,其臨界點(diǎn)Ac1為730℃,Ac3為800℃,馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms為310℃。力學(xué)性能要求見表2。

      2. 熱處理工藝

      (1)正常調(diào)質(zhì)工藝曲線見圖2,調(diào)質(zhì)處理后的工件力學(xué)性能見表3。

      可以看出,經(jīng)調(diào)質(zhì)后工件沖擊性能無(wú)法滿足圖樣要求,需對(duì)熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn),加快冷卻速度將增大工件的淬裂危險(xiǎn),考慮到工件強(qiáng)度已達(dá)到技術(shù)要求下限,也無(wú)法通過(guò)提高回火溫度來(lái)提高沖擊韌度。工件已進(jìn)行調(diào)質(zhì),故采用亞溫淬火工藝對(duì)工件進(jìn)行二次熱處理。

      (2)亞溫淬火工藝曲線見圖3,亞溫淬火處理后的工件力學(xué)性能見表4。

      3. 分析與討論

      42CrMo4為亞共析鋼,亞共析鋼的正常淬火工藝是加熱到Ac3+30~50℃的完全淬火,亞共析鋼一般選擇在Ac3以上淬火加熱,但為了不致引起奧氏體晶粒的粗化以及盡可能減小淬火缺陷,溫度不能選得過(guò)高,故原則上一般定為Ac3+20~50℃(在實(shí)際生產(chǎn)中,綜合考慮其他因素,往往選為Ac3+40~70℃)。

      近來(lái)的大量研究工作證明,如果在正常的淬火與回火之間進(jìn)行一次(或數(shù)次)加熱溫度在Ac1~Ac3之間的亞溫淬火,則能進(jìn)一步提高鋼的韌性,降低其脆性轉(zhuǎn)化溫度以及高溫回火脆性,因而是一種有效的韌化措施。亞溫淬火可以單獨(dú)進(jìn)行或完全淬火后進(jìn)行,也可在調(diào)質(zhì)后進(jìn)行。如在調(diào)質(zhì)后進(jìn)行,亞溫淬火、回火后可有效地提高鋼的韌性。結(jié)果表明該工件在一次調(diào)質(zhì)處理基礎(chǔ)上采用亞溫淬火重新熱處理,其沖擊韌度得到了提高。

      金相觀察表明,亞溫淬火后得到了少量游離鐵素體+馬氏體+彌散分布的細(xì)小殘留奧氏體,因此我們認(rèn)為對(duì)亞溫淬火提高材料韌性的機(jī)理為:磷等有害雜質(zhì)集中在鐵素體晶粒內(nèi)(不在原奧氏體晶界上),殘留奧氏體使裂紋擴(kuò)展變得困難(因受塑性變形或產(chǎn)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變使應(yīng)力松弛),均會(huì)使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度降低。由此可知,亞溫淬火后組織組成的數(shù)量、分布、大小及形態(tài)等必將對(duì)鋼的性能產(chǎn)生影響;而組織特性又決定于處理時(shí)進(jìn)入臨界區(qū)的方式。如鋼先在Ac3點(diǎn)上加熱獲得單相奧氏體后,降溫進(jìn)入臨界區(qū),則鐵素體沿奧氏體晶界析出,或在奧氏體內(nèi)成堆析出。若從低溫加熱升溫進(jìn)入臨界區(qū)時(shí),則鐵素體是未溶解完全的,呈細(xì)小而均勻的分布,對(duì)提高韌性有良好的作用,所以亞溫淬火時(shí)以升溫進(jìn)入臨界區(qū)的效果較好。

      至于應(yīng)在Ac1與Ac3之間選擇多高的淬火溫度,尚無(wú)統(tǒng)一的見解。為了保證足夠的強(qiáng)度并使殘余鐵素體均勻而細(xì)小,亞溫淬火的溫度最好選在比Ac3低不多的溫度。正如已有的試驗(yàn)證明,過(guò)低的淬火溫度(臨近Ac1)反而會(huì)使鋼的沖擊韌度降低。

      4. 結(jié)語(yǔ)

      調(diào)質(zhì)處理后亞溫淬火可提高42CrMo4鋼的沖擊韌度。亞溫淬 火能改善亞共析鋼的韌性,減小回火脆性傾向的基本原因可能是:獲得了適量的(均勻細(xì)?。╄F素體;能引起脆化的雜質(zhì)原子(P、Sb、Si)等在殘余鐵素體中富集,因而減少了在奧氏體晶界處偏聚的機(jī)會(huì);所得奧氏體的晶粒比通常完全淬火則更為細(xì)小且形態(tài)也往往有所變化(可由粒狀變?yōu)獒槧睿?/p>

      圖1 卷筒軸

      圖 2

      圖 3

      表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(EN 10083/3-2006) (%)

      表2 力學(xué)性能要求

      表3 調(diào)質(zhì)后工件的力學(xué)性能

      表4 亞溫淬火后工件的力學(xué)性能

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