改善ASTM A668 Cl.E材質(zhì)大鍛件沖擊吸收功及晶粒度的研究

趙學(xué)文

ASTM A668 Cl.E屬于低中碳低合金鋼，退火或正回火需保證產(chǎn)品的力學(xué)性能。某批ASTM A668 CL.E材質(zhì)鍛件化學(xué)成分要求（max）和實(shí)際成分見表1，熱處理正回火后需保證最終性能值（σ0.2≥295MPa，σb≥570MPa，δ4≥22%，Ψ≥35%，AKV(0℃)≥27J），其取樣部位見圖1。

圖1 鍛件取樣部位

1.問題分析

實(shí)際生產(chǎn)中采用圖2所示的熱處理工藝，鍛件的強(qiáng)度（見表2）均滿足性能要求，但沖擊值均不合格。該批鍛件實(shí)際成分相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)35Mn，Ac1溫度727℃，Ac3溫度790℃，此材質(zhì)正常的正火溫度應(yīng)選擇（850±10）℃，回火溫度應(yīng)選擇（640±10）℃。該鍛件正回火后強(qiáng)度要求值比較苛刻且沖擊試驗(yàn)溫度為0℃，為確保性能值，結(jié)合以往類似材質(zhì)熱處理工藝參數(shù)，實(shí)際正火溫度選用900℃，回火溫度選用580℃，空冷時(shí)僅吊下空冷。

因沖擊值不合格返修的鍛件熱處理難度較大，選取沖擊殘樣做金相分析未發(fā)現(xiàn)夾雜物超標(biāo)缺陷，沖擊組織為鐵素體+珠光體，部分珠光體組織成團(tuán)狀，且部分晶粒粗大（見圖3、圖4）。一般正火溫度偏高或均溫、保溫時(shí)間過長(zhǎng)或冷卻速度較慢易造成此現(xiàn)象。

從強(qiáng)度和沖擊搭配值看，我們認(rèn)為正火溫度選擇偏高、回火溫度偏低是造成強(qiáng)度富裕量較大而沖擊值不合格的主要原因。

表2 性能結(jié)果

圖2 熱處理工藝

圖3 晶粒度照片（7級(jí)，少量5級(jí)）100×

圖4 組織照片（鐵素體+珠光體）200×

2.工藝試驗(yàn)

為驗(yàn)證以上分析并確定返修熱處理工藝，進(jìn)行小樣模擬試驗(yàn)。

（1）試驗(yàn)材料 在鍛件性能余料上加工拉伸和沖擊小試樣。

（2）試驗(yàn)設(shè)備 模擬爐，最高使用溫度為1250℃。

（3）模擬試驗(yàn)方案 不同正火溫度（回火溫度）、冷卻方式的組合共8組方案。方案A：850℃×2h（空冷）+600℃×4h（空冷）；方案B：850℃×2h（空冷）+640℃×4h（空冷）；方案C：850℃×2h（水冷）+600℃×4h（空冷）；方案D：850℃×2h（水冷）+640℃×4h（空冷）；方案E：880℃×2h（空冷）+600℃×4h（空冷）；方案F：880℃×2h（空冷）+640℃×4h（空冷）；方案G：880℃×2h（水冷）+600℃×4h（空冷）；方案H：880℃×2h（水冷）+640℃×4h（空冷）。

（4）試驗(yàn)結(jié)果 表3中A～H試驗(yàn)方案中，伸長(zhǎng)率普遍偏低，其他性能均合格。強(qiáng)度和沖擊值隨熱處理溫度和冷卻方式的變化規(guī)律如下：正火溫度升高30℃，屈服強(qiáng)度升高30～60MPa，抗拉強(qiáng)度值升高30～60MPa。G方案強(qiáng)度最高，可見經(jīng)正火溫度提高并加速冷卻后，強(qiáng)度值最高。C～D沖擊值最高、G～H沖擊值次之。工藝參數(shù)和沖擊值關(guān)系表明：隨著正火溫度的下降，沖擊值明顯升高；在同一正火溫度下，隨回火溫度升高，沖擊值也明顯改善，640℃約是600℃回火溫度下的沖擊值的2倍；在同一正火和回火溫度下，水冷后的沖擊值高于空冷后的沖擊值，可見加速冷卻可改善沖擊值。

以上8組方案的組織和晶粒度情況見表4?？绽浜蟮慕M織除貝氏體回火組織外，還有鐵素體+珠光體，水冷后的組織均為貝氏體回火組織，組織分布比較均勻，晶粒度均為8級(jí)?？梢?，D方案沖擊值最好。

3.生產(chǎn)驗(yàn)證

考慮到本次試驗(yàn)采用小樣模擬，且在實(shí)際生產(chǎn)中受爐溫偏差、裝爐量等的影響，因此，制訂返修工藝時(shí)正火溫度選用（870±10）℃，吊下臺(tái)車時(shí)噴霧加速冷卻，回火參數(shù)選用（640±10）℃（見圖5）。

4.返修結(jié)果及結(jié)論

返修后性能數(shù)據(jù)見表5，強(qiáng)度和沖擊值均合格。返修后組織均勻，晶粒度7級(jí)（見圖6），組織均勻，晶粒度得到改善。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

表4 A～H方案組織與晶粒度

表5 返修后性能結(jié)果

圖5 返修熱處理工藝

圖6