本文介紹了40CrNiMoA材質(zhì)熱處理工藝的試驗(yàn)研究, 內(nèi)容包括不同熱處理工藝下的常溫力學(xué)性能試驗(yàn)及低溫沖擊性能試驗(yàn) 。結(jié)果表明, 40CrNiMoA采用 860 ℃水、油冷 +550 ℃空冷;860 ℃水、油冷 +570 ℃空冷的工藝熱處理后金相組織合理, 強(qiáng)度、硬度和低溫沖擊韌性均滿足產(chǎn)品技術(shù)條件要求。

關(guān)鍵詞:熱處理工藝;40CrNiMoA

40CrNiMoA為超高強(qiáng)度鋼, 用作要求韌性好、強(qiáng)度高及大尺寸的重要調(diào)質(zhì)件, 如重型機(jī)械中承受高載荷的軸類, 直徑大于 250 mm的汽輪機(jī)軸、葉片, 高載荷的傳動件、堅固件 、曲軸、齒輪等

[ 1] 。我公司在某氨合成塔產(chǎn)品設(shè)計中采用了40CrNiMoA作為螺柱。這種螺柱要求很高的常溫

力學(xué)性能, 與螺母配套使用 (要求螺硬度值不小于 HB315), 同時由于產(chǎn)品的使用溫度較低, 還有-22.3 ℃低溫沖擊要求。具體技術(shù)要求見表 1所示。為了探討獲得綜合工藝性能的最佳熱處理工藝 , 進(jìn)行了不同工藝參數(shù)的實(shí)驗(yàn)及力學(xué)性能、低溫性能試驗(yàn)。

試驗(yàn)材料與方法：

實(shí)驗(yàn)用直徑110 mm, 長度130 mm的40CrNiMoA軋制圓鋼作為實(shí)驗(yàn)試樣, 試樣材料狀態(tài)為熱加工后退火。材料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T3077-1999, 實(shí)驗(yàn)使用試樣材料均符合材料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。GB/T3077 -1999及本實(shí)驗(yàn)所采用試樣材料的化學(xué)成分 、力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表 2所示。

實(shí)驗(yàn)使用 RX3 -45 -9箱式電阻爐熱處理爐進(jìn)行熱處理, 用 WJ-l0A型機(jī)械式萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn), 用 JB30B型沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊試驗(yàn), 用 HB-3000 型布氏硬度計進(jìn)行布氏硬度測定 。

40CrNiMoA材質(zhì)的淬火熱處理數(shù)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果：

40CrNiMoA材質(zhì)的奧氏體化溫度為 830 ℃,

本實(shí)驗(yàn)將鋼加熱至 860 ℃, 并保溫一段時間, 使材質(zhì)完全奧氏體化, 然后以不同方法進(jìn)行冷卻, 顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度 。40CrNiMoA材質(zhì)的淬火熱處理數(shù)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果見表 3所示。

40CrNiMoA材質(zhì)的回火熱處理實(shí)驗(yàn)：

40CrNiMoA材質(zhì)的 Ac1 溫度為 732 ℃, 本實(shí)驗(yàn)將淬火后的完好試樣加熱到 Ac1以下的某一

溫度, 保溫以后以適當(dāng)方式冷卻到室溫, 提高40CrNiMoA材質(zhì)的塑性和韌性, 獲得良好的綜合

力學(xué)性能。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1熱處理及性能

熱處理及性能如表 4所示。

從以上結(jié)果可知 :試樣油淬后, 表面硬度達(dá)到HB331、HB321、HB331、HB320、HB311、HB315, 回火后, 硬度、強(qiáng)度降低, 均未達(dá)到技術(shù)要求 ;試樣水冷后形成裂紋, 說明冷卻速度過大, 使這種高碳的材質(zhì)在冷卻過程中產(chǎn)生了過大的內(nèi)應(yīng)力, 說明此工藝在生產(chǎn)過程中無法進(jìn)行;水 、油雙冷后, 試樣完好無損, 表面硬度達(dá)到 HB470( HRC48) 、HB585( HRC55) 、HB486 ( HRC49),550 ℃和 570 ℃回火后強(qiáng)度、伸長率 、硬度、常溫沖擊韌性、低溫沖擊韌性均達(dá)到技術(shù)要求。且在實(shí)驗(yàn)的過程中, 所有水 、油冷的試樣表面硬度均在 HRC45 ～ 59 以內(nèi),工藝參數(shù)穩(wěn)定可靠。

2.2

金相組織

圖 1、圖 2和圖 3均為回火馬氏體組織 +鐵素體組織, 晶粒細(xì)密, 屬于典型的高碳鋼淬火組織 。板條馬氏體含量很高, 分布均勻, 使試樣具有較高的強(qiáng)度 、硬度等力學(xué)性能, 但同時也使材質(zhì)韌性較低 。少量細(xì)條狀的鐵素體均勻分布在板條狀·30·鍋爐制造總第 219期的板條馬氏體基體上, 改善了試樣的韌性, 使試樣低溫沖擊韌性良好, 但同時這種鐵素體的存在也降低了強(qiáng)度及硬度指標(biāo)。

圖 4基本為貝氏體組織 。由于淬火時冷卻速度過小及 40CrNiMoA的高含碳量, 未形成板條馬

氏體組織, 形成了大量細(xì)密貝氏體組織, 使強(qiáng)度及硬度等值較低, 無法達(dá)到技術(shù)要求。