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大规格42CrMo锻材调质工艺的改进 （中国第一重型机械［集团］有限责任公司 刘多智等） 摘要：北满钢厂曾为宁波某厂生产42CrMo锻材，调质前粗加工规格为φ380×12340。最初淬火采用油冷工艺，表面硬度虽然合格，但用户反映不耐用。后改用水淬油冷工艺，合格率大大提高，用户反映良好。 1 锻材硬度低的原因分析 淬透性是大锻件用钢很重要的一个指标，一般规格比较小的结构钢的淬透性是用心部获得50％马氏体或下贝氏体的临界直径来评定的。大锻件由于尺寸效应，淬火冷却缓慢，一般获得贝氏体或贝氏体与马氏体的混合组织，所以大锻件的淬透性是用心部不产生铁素体而获得贝氏体或者马氏体组织的临界直径来表示。 42CrMo属中等淬透性钢，采用油冷的淬火方式，对于小规格工件，临界淬透性直径也只有40mm左右，相对于大规格的工件而言，淬透性就更低。同时，车间的淬火油由于长时间得不到更换，黏度大，冷却能力低，淬火冷却速度低，以至于淬硬层更浅。 此锻材长度长，精加工直径为φ354mm，为防止淬火后弯曲而负加工，按规定调质前粗加工尺寸为φ380mm，调质后加工到精加工尺寸需要单边加工掉13mm，将淬硬层加工掉了，所以精加工后表面金相组织中出现较多的铁素体，导致工件不耐用。用时也表明淬火冷却速度慢，导致铁素体析出过多。也就是说，此规格42CrMo锻材，淬火采用单纯的油冷，其单边淬硬层不超过13mm。 2 工艺改进方案 2.1工夹具的改进 为了提高淬硬效果，首先将调质粗加工余量减少至单边10mm，减小调质粗加工余量容易导致工件弯曲。为此，我们对吊装方法进行了改进。在北满特钢通常轴类件调质工件端部都留有夹台，弓形夹夹住夹台下的轴颈，弓形夹的两端穿进吊板的孔里，吊板的另一端孔与吊头连接再将工件吊起来。采用夹台这种方式，工件活动的自由度相对比较小，所以调质时容易变形。为了减小粗加工余量，我们在工件的顶端开了φ120mm的销子孔，通过销子与吊头直接连接，确保工件入炉前垂直。 2.2 淬火冷却方式的改进 要增加淬硬深度，必须采用比较激烈的冷却方式，我们将原来单纯的油冷改为水淬油冷。对于这种淬透性不高的材质，由于淬火后表面组织和心部组织的差异，存在较大的组织应力。此外，由于工件尺寸大，冷速快导致表层和心部的温度梯度增大，产生较大的热引力，在组织应力和热应力的共同作用下工件容易开裂。 有资料提出了锻件可以水淬的条件，首先计算碳当量Cep，即Cep＝C％+Mn％/20+Ni％/15+（Cr％+Mo％+V％）/10 1）正偏析区碳含量≤0.31％；正偏析区碳当量Cep≤0.75％的，可以毫无危险的进行水淬； 2）正偏析区碳含量≤0.32~0.36％；正偏析区碳当量Cep≤0.75~0.88％的，可以水淬，但需特别小心； 3）正偏析区碳含量≥0.36％；正偏析区碳当量Cep≥0.88％的，没有特别指导时，禁止水淬。 42CrMo化学成分为：C：0.38~0.45％ Si：0.17~0.37％ Mn: 0.50~0.80％ Cr: 0.90~1.20％ p: ≤0.035％ S: ≤0.035％。 可以看出，这种材料应属于第二类。实践经验也表明，这种材料水淬油冷开裂的倾向很大。 最初热处理方案为：（600~650）℃×3h→（850±10）℃×4h油冷（80~85）min淬火，（300~450）℃×3h→（520±10）℃×15h炉冷至350℃以下空冷。其中淬火过程中，在预热后其升温速度≤80℃/h；回火过程中，在预热后其升温速度≤60℃/h。 改进后的工艺方案为：（600~650）℃×3h→（850±10）℃×4h后：①空冷3~4min+②水冷80~90s+③空冷60~80s+④水冷70~80s+⑤空冷60~80s+⑥水冷70~80s+⑦空冷60~80s+⑧水冷60~80s+⑨油冷40~45min。 1）预热：旨在减小内外温差，减小组织应力；缩短高温加热时间，避免晶粒粗大。 2）水淬前空冷目的是降低棱角处的温度，降低淬火冷却速度，防止因应力集中而开裂。其次，表面温度适当降低，可以减小水淬时表层与次表层的温度梯度，减小开裂倾向。其时间一般以棱角处变黑为度。理论上，只要内部组织不发生相变，时间可以适当延长。 3）水冷时间的确定：一般是（1.3~1.5）min/100mm，本工艺是控制心部温度降低至350~400℃。 4）水冷中间空冷：旨在减小工件内外温度梯度，减小热应力。一般来说，以工件表面温度不超过回火温度即可，应尽量延长中间的空冷时间，这样做会减小开裂的危险性。 5）最后油冷是为了让过冷奥氏体完全转变。 6）回火温度尽量按中、下限控制，这样硬度基本控制在中、上限，防止因为却除粗加工余量后硬度下降过多。 7）淬火水温控制在30~45℃。 3 试制结果 采用此工艺生产了五支长材，有一支开裂，分析发现是表面存在微小裂纹所致。其余四支调质后变形不大，表面硬度合格，在分厂进行了半精加工后再次检测表面硬度，硬度均在合格范围之内。取试片用台式布氏硬度计进行硬度检测，在距离表面近50mm范围内，硬度均合格，组织为少量铁素体+贝氏体回火组织。说明采用水淬油冷有效地抑制了铁素体的析出，提高了淬硬深度。达到了设计的技术要求 4结论 采用水淬油冷可以有效控制材质淬透性不高的大规格锻件的铁素体的析出量，增加淬硬深度。但是为了防止调质开裂，在超声波探伤合格的情况下，还需要加强对锻件表面的质量检查，防止表面存在显微裂纹。 ——摘自《热处理技术与装备》（2008，No．3） | 
发表于 2012-12-11 08:34:32
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发表于 2012-12-11 10:41:44
我们处理过4340(即40CRNIMO)
发表于 2012-12-13 17:41:24
