風(fēng)電軸承用42CrMo鋼調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)的優(yōu)化

王明禮，王麗霞，陳翠麗

(洛陽LYC軸承有限公司 技術(shù)中心，河南 洛陽 471039)

偏航、變槳風(fēng)電軸承的內(nèi)、外套圈均采用42CrMo鋼作為原材料。由于風(fēng)電軸承特殊的服役條件，用戶對其低溫沖擊功和常溫力學(xué)性能的要求越來越高。低溫沖擊功和常溫力學(xué)性能是決定風(fēng)電軸承壽命及可靠性的重要性能指標(biāo)，風(fēng)電軸承套圈調(diào)質(zhì)熱處理工藝參數(shù)則是影響它們的重要因素之一。為了進一步提高風(fēng)電軸承的低溫沖擊功和常溫力學(xué)性能，深入研究了風(fēng)電軸承調(diào)質(zhì)熱處理的淬、回火溫度對其影響規(guī)律。采用4種不同的淬火溫度和5種不同的回火溫度組成的20種調(diào)質(zhì)熱處理工藝對試驗樣圈進行試驗，獲得了風(fēng)電軸承套圈調(diào)質(zhì)熱處理理想的工藝參數(shù)。

1 試驗樣圈

試驗樣圈為42CrMo環(huán)形鍛件，其化學(xué)成分測試結(jié)果見表1。

表1 試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)) %

2 試驗結(jié)果

用4種淬火溫度和5種回火溫度組成的20種調(diào)質(zhì)熱處理工藝對樣圈進行試驗。淬火時間為2～3 h，介質(zhì)為高分子水劑，濃度為2%～5%；回火時間為4～6 h。對調(diào)質(zhì)工藝處理后的樣圈進行低溫沖擊功和常溫力學(xué)性能檢驗，取樣方向為樣圈周向，取樣位置為端面的中間距樣圈端面12.5 mm處，檢驗結(jié)果見表2。表中數(shù)據(jù)為將每種工藝調(diào)質(zhì)處理后的大試塊加工成3個沖擊功試樣和3個拉伸試樣，然后分別進行3次低溫沖擊試驗和3次拉伸試驗，取其算術(shù)平均值。表中的硬度值是對相同工藝的3個沖擊功試樣進行布氏硬度檢驗得到的數(shù)值。

表2 檢驗結(jié)果

3 結(jié)果分析

3.1 低溫沖擊功與淬火溫度的關(guān)系

低溫沖擊功與淬火溫度的關(guān)系如圖1所示。從圖中可以看出：在同一回火溫度(630 ℃)下，當(dāng)淬火溫度為800～840 ℃時，試樣的低溫沖擊功隨著淬火溫度的升高而增加；當(dāng)淬火溫度超過840 ℃時，沖擊功反而下降。這是由于隨著淬火溫度的升高，原始組織中的鐵素體越來越多地溶解于奧氏體，淬火后馬氏體的含量越多，回火后得到的回火索氏體組織就越多，未溶鐵素體就越少，因此，沖擊功越高。但是當(dāng)淬火溫度超過840 ℃時，原始組織中的鐵素體已經(jīng)全部溶解，若再增加淬火溫度，將使奧氏體的晶粒粗大，造成淬火后的馬氏體組織粗大，致使回火后得到粗大的回火索氏體組織，最終導(dǎo)致沖擊功降低。

圖1 低溫沖擊功與淬火溫度的關(guān)系

3.2 低溫沖擊功與回火溫度的關(guān)系

低溫沖擊功與回火溫度的關(guān)系如圖2所示。從圖中可以看出：當(dāng)淬火溫度相同時(840 ℃)，隨著回火溫度的升高，沖擊功也隨之增加。眾所周知：回火溫度越高，鋼的強度和硬度就越低，塑性和韌性就越高。沖擊功是沖斷試樣所吸收的機械功，是一個韌性指標(biāo)，其也從一定程度上反映了試樣韌性的大小，即鋼材的韌性越好，沖擊功越高。因此，當(dāng)淬火溫度(840 ℃)相同時，隨著回火溫度的升高，沖擊功也隨之增加。

圖2 低溫沖擊功與回火溫度的關(guān)系

3.3 力學(xué)性能與淬火溫度的關(guān)系

強度、硬度與淬火溫度的關(guān)系如圖3所示。當(dāng)回火溫度相同時(630 ℃)，隨著淬火溫度的升高，原始組織中的鐵素體溶解于奧氏體就越充分，淬火后馬氏體的含量就越多，回火后得到的回火索氏體組織就越多，未溶鐵素體就越少，因此，當(dāng)回火溫度相同時，隨著淬火溫度的提高，鋼的強度和硬度增加。

圖3 常溫力學(xué)性能與淬火溫度的關(guān)系

3.4 力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系

強度、硬度與回火溫度的關(guān)系如圖4所示。在淬火溫度相同的情況下，隨著回火溫度的升高，回火時析出的Fe3C聚集長大，回火溫度越高，F(xiàn)e3C顆粒越大，因此，鋼的強度和硬度就越低，塑性和韌性就越高。

圖4 常溫力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系

4 結(jié)論

(1)在回火溫度相同的情況下，隨著淬火溫度的升高，調(diào)質(zhì)試樣的低溫沖擊功也隨之增加，但是當(dāng)淬火溫度超過840 ℃時，低溫沖擊功反而下降，因此，在實際生產(chǎn)中制定風(fēng)電軸承鍛件調(diào)質(zhì)工藝時，若采用濃度為2%～5%的高分子水劑作為淬火介質(zhì)，淬火加熱溫度不宜超過840 ℃。

(2)在淬火溫度相同的情況下，隨著回火溫度的升高，調(diào)質(zhì)試樣的低溫沖擊功也隨之增加，但是過高的回火溫度將導(dǎo)致強度和硬度的降低，因此，在實際生產(chǎn)中制定風(fēng)電軸承鍛件調(diào)質(zhì)工藝時，應(yīng)考慮回火溫度對鍛件強度和硬度的影響。

(3)當(dāng)回火溫度相同時，隨著淬火溫度的升高，鋼的強度和硬度增加。

(4)當(dāng)淬火溫度相同時，隨著回火溫度的升高，鋼的強度和硬度降低，塑性和韌性升高。

(5)綜合考慮風(fēng)電軸承套圈調(diào)質(zhì)淬、回火溫度對其低溫沖擊功和力學(xué)性能的影響規(guī)律，確定風(fēng)電軸承套圈調(diào)質(zhì)熱處理理想的工藝參數(shù)如下：淬火加熱溫度為840 ℃±10 ℃；回火加熱溫度為630 ℃±10 ℃；淬火介質(zhì)為2%～5%高分子水劑。