Al含量對(duì)42CrMo鍛件沖擊吸收功的影響

陳先毅

(二重集團(tuán)(德陽(yáng))重型裝備股份有限公司，四川618013)

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Al含量對(duì)42CrMo鍛件沖擊吸收功的影響

陳先毅

(二重集團(tuán)(德陽(yáng))重型裝備股份有限公司，四川618013)

對(duì)不同Al含量的42CrMo鍛件進(jìn)行了晶粒度檢查和沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明，Al含量較高的鍛件晶粒度較高，而Al含量較低的鍛件沖擊吸收功較高。

Al含量；42CrMo；晶粒度；沖擊吸收功

42CrMo鋼因其經(jīng)濟(jì)性和較好的綜合力學(xué)性能在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，適合制造截面較大、受力要求較高的零部件(如各種軸、齒輪、活塞桿等)。沖擊韌性是鋼材的重要指標(biāo)之一，尤其是在苛刻的使用環(huán)境下，對(duì)沖擊韌性的要求非常高。通常認(rèn)為Al在鋼中形成AlN、Al2O3顆?？善鸬郊?xì)化晶粒的作用，而細(xì)化晶?？商岣唔g性[1-2]。但另一方面，AlN、Al2O3顆粒也被認(rèn)為是夾雜物，對(duì)韌性不利[1]。本文研究了不同Al含量的42CrMo鋼鍛件的沖擊韌性，為實(shí)際生產(chǎn)提供一些參考。

1　試驗(yàn)材料制備工藝

從產(chǎn)品上切取兩種不同化學(xué)成分的試棒，其制備流程如下：冶煉→鍛造→鍛后熱處理→工件上切取試棒→對(duì)試棒進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。其中，冶煉的具體過(guò)程為：電爐粗煉鋼水→鋼包爐精煉→真空鑄錠(錠型為67 t，化學(xué)成分見(jiàn)表1)。鋼錠在120 MN的自由鍛壓機(jī)上鍛制成型后進(jìn)行鍛后熱處理，鍛后熱處理工藝為正火+回火。在經(jīng)過(guò)鍛后熱處理的1#、2#工件上按圖1分別切取試棒(相應(yīng)地也標(biāo)記為1#、2#)，試棒切下后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)工藝如圖2所示。試棒經(jīng)調(diào)質(zhì)后分別加工成25 mm×25 mm×25 mm的金相試樣和10 mm×10 mm×55 mm的夏比V形缺口沖擊試樣。

2　晶粒度檢查和沖擊試驗(yàn)

按照GB/T 6394—2002《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》在Leica DMI500型金相顯微鏡上進(jìn)行晶粒度檢查，按照GB/T 229—1994《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》在JBN—500型擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，并且測(cè)試了不同溫度對(duì)沖擊吸收功的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

3　試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1晶粒度

Al在鋼中形成細(xì)小分散的AlN、Al2O3，能夠在1 100℃范圍內(nèi)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)化晶粒的作用[3]。只要鋼中實(shí)際結(jié)合成AlN的Al超過(guò)0.007%，就可保證良好的晶粒細(xì)化效果[1]。42CrMo鋼中的Al與O、N的親和力最強(qiáng)，當(dāng)鋼中存在O、N時(shí)將優(yōu)先與Al結(jié)合。Al與N、O的理想化學(xué)配比分別為1.93和1.13[3]。按照該化學(xué)配比，在1#試樣中Al是過(guò)量的，結(jié)合成AlN的Al達(dá)到了0.011%，明顯大于保證良好晶粒細(xì)化效果所需的最低量；在2#試樣中Al是不足的，即使Al全部結(jié)合成AlN，其量也只有0.005%，明顯小于保證良好晶粒細(xì)化效果所需的最低量。從表2可以看出，1#試樣平均晶粒度為6.5級(jí)，2#試樣平均晶粒度為5.5級(jí)，這反映了Al在細(xì)化晶粒上的效果。但與已檢測(cè)出的Al的細(xì)化晶粒結(jié)果[1，4]為8～9級(jí)甚至10級(jí)的晶粒度相比，差距很大。原因可能是由于研究所用的試料來(lái)自67 t鋼錠鍛造的大鍛件上，在鋼錠制備時(shí)冷凝過(guò)程中冷卻速度受限，對(duì)AlN、Al2O3的粒度和分布產(chǎn)生影響的結(jié)果。

表1　鑄錠化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖1　試棒切取示意圖

圖2 試棒調(diào)質(zhì)工藝

表2　不同溫度下的沖擊吸收功和平均晶粒度試驗(yàn)結(jié)果

3.2沖擊吸收功

表2中數(shù)據(jù)顯示，2#試樣的沖擊吸收功在各溫度條件下均明顯高于1#試樣。1#試樣和2#試樣在各溫度下的沖擊功平均值和增量值見(jiàn)表3。從表3可以看出，溫度越低，2#試樣沖擊吸收功較1#增加越多。

表3　不同溫度下的1#、2#試樣沖擊功對(duì)比

在一定溫度下，影響鋼的沖擊吸收功的主要因素是化學(xué)成分和組織狀態(tài)[2]。對(duì)比1#、2#試樣的化學(xué)成分得出，除Al外，其他元素化學(xué)成分均處于同一水平。對(duì)沖擊吸收功有利的Ni元素，1#試樣略多于2#試樣，而對(duì)沖擊吸收功不利的P、S、As、Sn、Sb，1#試樣的總量略少于2#試樣。對(duì)于組織狀態(tài)，因?qū)崽幚斫M織轉(zhuǎn)變影響較大的C、Cr、Mo、Mn等含量基本相同，且熱加工工藝相同，1#試樣與2#試樣的組織狀態(tài)應(yīng)基本相同。綜合分析，認(rèn)為導(dǎo)致1#試樣沖擊吸收功小于2#試樣的原因是其Al含量高于2#試樣。

Al在鋼中形成的AlN、Al2O3顆粒雖然能夠通過(guò)細(xì)化晶粒而提高沖擊吸收功，但同時(shí)AlN、Al2O3顆粒是脆性?shī)A雜物，又會(huì)降低沖擊吸收功。通過(guò)試驗(yàn)證明，在Al含量對(duì)42CrMo鍛件沖擊功的影響上，不利因素起到了主導(dǎo)作用，導(dǎo)致了1#試樣沖擊吸收功明顯小于2#試樣。

4　結(jié)論

(1)Al含量為0.018%的42CrMo鍛件晶粒度較Al含量為0.005%的42CrMo鍛件晶粒度高1級(jí)，這說(shuō)明Al的加入可以起到細(xì)化42CrMo鍛件晶粒度的效果，但并不顯著。

(2)Al在42CrMo鍛件中形成的AlN、Al2O3顆粒對(duì)沖擊吸收功尤其是低溫的沖擊吸收功不利，這種不利影響超過(guò)了其細(xì)化晶粒而提高沖擊功的作用，最終導(dǎo)致Al含量較高的42CrMo鍛件的沖擊吸收功較低。

[1]陳家祥.煉鋼常用圖表數(shù)據(jù)手冊(cè)(第二版)[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2010：872,888.

[2]王從曾.材料性能學(xué)[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社,2004：62,63.

[3]干勇,田志凌，等.中國(guó)材料工程大典 第二卷 鋼鐵材料工程(上)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006：305,36.

[4]杜義,趙鵬，等.微量鋁對(duì)20Mn1A電渣鋼低溫沖擊韌性的影響[J].特殊鋼,1998,19(5):21.

編輯杜敏

Influence of Aluminum Content on Impact Absorbing Energy of 42CrMo Forgings

Chen Xianyi

The examination of grain size and the impact test of 42CrMo forgings with different aluminum contents have been performed. The results show that the grain size of forgings is higher with higher aluminum content; however, the impact absorbing energy of forgings is higher with lower aluminum content.

aluminum content; 42CrMo; grain size; impact absorbing energy

2015—12—11

TG115.5+6

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