35Cr3NiMoA鋼件的熱處理工藝改進(jìn)

朱曉英，莊明輝，王麗華，宋瑞華，錢(qián)曉亮，劉典富，單利劍

(黑龍江北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161046)

某產(chǎn)品一重要零件，材料為35Cr3NiMoA鋼。由于該鋼種的淬透性好，采用油淬就可完全淬透，從而使鋼件整個(gè)截面均得到很高的強(qiáng)度與硬度，并保持一定的韌性。根據(jù)產(chǎn)品性能和工藝性能的要求，沿鋼件軸向分布的力學(xué)性能要求不同:頭部要求高硬度;中部要求有高的綜合力學(xué)性能;尾部要求較低的硬度，以便熱處理后仍可進(jìn)行切削加工。經(jīng)過(guò)摸索試驗(yàn)最終確定鋼件熱處理工藝流程為:沖壓→軟化退火→粗加工→淬火→檢測(cè)硬度→整體回火→檢測(cè)硬度→尾部回火→檢測(cè)硬度→整體回火→檢測(cè)硬度→精加工。經(jīng)最終熱處理后，進(jìn)行鋼件硬度、力學(xué)性能、裂紋傾向性檢驗(yàn)，穿透試驗(yàn)項(xiàng)目驗(yàn)收。鋼件尾部回火采用感應(yīng)加熱工藝，代替了采用鉛爐加熱的原工藝，改善了工作環(huán)境。

1 鋼件材料的選用

根據(jù)產(chǎn)品性能和工藝性能的要求，零件應(yīng)有高硬度，要求鋼材必需具有足夠的沖擊韌性，因此材料選用35Cr3NiMoA中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。該鋼種的淬透性好，只需采用油淬，就可完全淬透，使鋼件整個(gè)截面均得到很高的硬度，并保持一定的韌性[1－3]。試驗(yàn)用鋼件材料為35Cr3NiMoA，爐號(hào)為06-79爐，化學(xué)成分見(jiàn)表1，符合規(guī)定要求。

表1 35Cr3NiMoA的化學(xué)成分Table1 Chemical composition of 35Cr3NiMoA %

2 鋼件的技術(shù)要求與驗(yàn)收

最終熱處理后力學(xué)性能要求有以下幾點(diǎn)。

1)距鋼件底部82，55 mm處的力學(xué)性能要求為:屈服強(qiáng)度≥690 MPa，斷面收縮率≥35%。

2)表面硬度及截面硬度(4，5點(diǎn))要求見(jiàn)表2。

鋼件最終熱處理后，從每個(gè)爐號(hào)中選取布氏印痕直徑最小的鋼件1發(fā)，經(jīng)精車(chē)外表面，并磁力探傷后，進(jìn)行浸酸試驗(yàn)，應(yīng)無(wú)應(yīng)力裂紋。

從每個(gè)爐號(hào)中選取1個(gè)鋼件，進(jìn)行穿透強(qiáng)度試驗(yàn)。若初試不合格，則加倍數(shù)量復(fù)試，復(fù)試仍不合格，則必須查出原因，重新熱處理，再作穿透強(qiáng)度試驗(yàn)[4－5]。

3 鋼件的熱處理

鋼件工藝流程為:沖壓→毛坯軟化退火→粗加工→淬火→檢測(cè)硬度→整體回火→檢測(cè)硬度→尾部回火→檢測(cè)硬度→力學(xué)性能檢驗(yàn)→精加工。

1)毛坯軟化退火。熱沖壓后的鋼件毛坯，因硬度高，需經(jīng)軟化退火，以改善其切削加工性能。毛坯軟化退火工藝見(jiàn)表3。

2)淬火、整體回火及尾部回火見(jiàn)表4。

3)力學(xué)性能及金相檢測(cè)，力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。其中編號(hào)為79-1，79-2，79-3的金相結(jié)果一致，組織均為回火索氏體，如圖1所示。

表2 鋼件各點(diǎn)位置及其硬度Table2 Locations of every point of the steel part and its hardness

表3 毛坯軟化退火Table3 Blank softening annealing

表4 鋼件淬火、整體回火及尾部回火Table4 Steel quenching，tempering as a whole and tail tempering

表5 力學(xué)性能Table5 Mechanical properties

圖1 79-1，79-2，79-3 金相照片F(xiàn)ig.1 Metallographic images of 79-1，79-2，79-3

4)鋼件裂紋傾向性檢查:79-3 正常[6－7]。

4 鋼件的熱處理缺陷及改進(jìn)

穿透強(qiáng)度試驗(yàn)后頭部出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2 斷裂后毛坯Fig.2 The blank after fracture

分析其出現(xiàn)斷裂的原因?yàn)?采用感應(yīng)加熱爐進(jìn)行尾部回火，鋼件表面存在加熱區(qū)段與非加熱區(qū)段間的交界帶。由于感應(yīng)加熱回火時(shí)溫度梯度的變化，使鋼件體積發(fā)生熱脹冷縮的變化，造成殘余應(yīng)力的存在，導(dǎo)致穿透強(qiáng)度試驗(yàn)后在鋼件頭部出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象[8－9]。

解決措施:鋼件尾部回火后增加一次全彈回火，以消除由于溫度梯度而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，熱處理后力學(xué)性能合格，見(jiàn)表5中79-4，79-5。二者金相結(jié)果一致，組織均為回火索氏體，如圖3所示。通過(guò)穿透強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果未出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，如圖4所示。

圖3 79-4，79-5金相照片F(xiàn)ig.3 Metallographic images of 79-4，79-5

圖4 穿透強(qiáng)度試驗(yàn)毛坯Fig.4 Through strength test blank

5 結(jié)語(yǔ)

鋼件材料采用35Cr3NiMoA，經(jīng)過(guò)摸索試驗(yàn)，確定了鋼件熱處理工藝參數(shù)及工藝流程。熱處理后各項(xiàng)指標(biāo)滿足了產(chǎn)品性能要求。采用感應(yīng)加熱爐進(jìn)行尾部回火，代替原工藝鉛爐加熱，工藝方式可行，同時(shí)改善了作業(yè)環(huán)境。尾部回火后增加一次全彈回火，可消除由于溫度梯度而產(chǎn)生的應(yīng)力，確保了產(chǎn)品性能和產(chǎn)品質(zhì)量。

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