熱處理工藝對小圓棒42CrMo鋼組織及硬度的影響

供稿|李潤霞，許強(qiáng)，李碩，馮長偉

作者單位：撫順特殊鋼股份有限公司總工辦，遼寧 撫順 113001

內(nèi)容導(dǎo)讀

42CrMo鋼廣泛應(yīng)用于制造起重機(jī)承重輪、機(jī)車齒輪、曲軸、連桿等重要零件。小規(guī)格熱軋態(tài)的42CrMo極易出現(xiàn)貝氏體組織，如果熱軋后熱處理工藝選擇不適當(dāng)，則鋼材出現(xiàn)的非平衡組織將會導(dǎo)致經(jīng)機(jī)械加工的零件后續(xù)淬火處理時變形嚴(yán)重，而且材料的硬度較高也不利于機(jī)械加工。本文對42CrMo小圓棒材經(jīng)過正火、去應(yīng)力退火、完全退火和等溫退火處理后棒材的組織和硬度進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：小圓棒42CrMo在熱軋狀態(tài)下主要組織為貝氏體，經(jīng)過完全退火及等溫退火可獲得鐵素體和珠光體的平衡組織，得到硬度適中的鋼材；經(jīng)過正火和去應(yīng)力退火處理后鋼材的晶粒變細(xì)，但組織仍為貝氏體，其中正火處理后硬度未得到改善。

42CrMo鋼具有良好的淬透性和高溫強(qiáng)度，同時在淬水時材料變形小，調(diào)質(zhì)后具有較高的疲勞強(qiáng)度及低溫沖擊韌性且無明顯的回火脆性，被廣泛應(yīng)用于制造起重機(jī)承重輪、機(jī)車齒輪、曲軸、連桿等重要零件[1-3]。因其在工業(yè)制造中應(yīng)用越來越多，對其內(nèi)部組織的研究也倍受關(guān)注[4-6]。小規(guī)格熱軋態(tài)的42CrMo極易出現(xiàn)貝氏體組織，且硬度高[7]。對材料采取先機(jī)械加工后淬火熱處理，若鋼材出現(xiàn)非平衡組織將會導(dǎo)致機(jī)械加工的零件在淬火時變形嚴(yán)重，而且材料的硬度較高不利于機(jī)械加工。為滿足用戶需求，本文研究了42CrMo小圓棒鋼材在不同熱處理狀態(tài)下的顯微組織和硬度。

實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料取自實(shí)際生產(chǎn)棒料42CrMo汽車鋼，材料規(guī)格為φ28 mm×200 mm。材料的化學(xué)成分范圍見表1，熱軋態(tài)下的金相組織如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)方法

對42CrMo鋼進(jìn)行不同熱處理的工藝曲線見圖2。在經(jīng)過熱處理的料段中間處切取試樣，經(jīng)研磨、拋光后，用體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精溶液腐蝕后進(jìn)行金相組織觀察，硬度試樣加工后按GB/T231“金屬材料布氏硬度實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。硬度測試及金相組織的結(jié)果見表2和圖3。

表1 42CrMo鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖1 不同放大倍數(shù)下42CrMo熱軋態(tài)金相組織

圖2 42CrMo小圓棒鋼材的熱處理工藝曲線：(a) 正火；(b) 等溫退火；(c) 完全退火；(d) 去應(yīng)力退火

表2 不同熱處理狀態(tài)的42CrMo鋼硬度值及金相組織

結(jié)果與討論

42CrMo鋼的相變溫度AC1為730 ℃，AC3為800 ℃[8]，實(shí)際生產(chǎn)中42CrMo的終軋溫度一般在900 ℃左右。由于材料規(guī)格較小，如果對熱軋后的冷卻速度沒有進(jìn)行有效控制，獲得的鋼材金相組織多為貝氏體，硬度高，不利于零件的機(jī)械加工，且非平衡態(tài)的組織會導(dǎo)致零件熱處理后變形嚴(yán)重。

料段經(jīng)正火處理后，雖經(jīng)過奧氏體化，但冷卻速度未得到控制，冷速較快，珠光體、鐵素體轉(zhuǎn)變時間不充分，最終得到的組織仍為大量貝氏體和極少量的珠光體，相比熱軋態(tài)其組織得到細(xì)化，但鋼材硬度并未得到明顯改善，鋼材的組織圖片見圖3(a)；料段經(jīng)完全退火和完全等溫退火，組織完全奧氏體化后，對冷卻速度進(jìn)行有效控制，緩慢冷卻，其組織向鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變有充分、足夠的時間，在到達(dá)貝氏體相變溫度前已全部完成組織轉(zhuǎn)變，最終兩種工藝均可得到鐵素體和珠光體平衡組織[9]，鋼材的組織圖片見圖3(b)和3(c)；料段經(jīng)去應(yīng)力退火后，未經(jīng)奧氏體化，組織無相變發(fā)生，原貝氏體組織無變化，但由于應(yīng)力消除，鋼材硬度降低，鋼材的組織圖片見圖3(d)。

圖3 不同熱處理工藝后材料的金相組織：(a) 正火；(b) 等溫退火；(c) 完全退火；(d) 去應(yīng)力退火

結(jié)束語

(1) 42CrMo小圓棒在熱軋后未對冷速進(jìn)行有效控制，鋼材的金相組織主要為貝氏體，硬度較高。

(2) 鋼材經(jīng)完全退火和等溫退火后，可得到硬度適中的鐵素體+珠光體平衡組織。

(3) 鋼材經(jīng)正火處理后，由于規(guī)格小冷速快，鋼材仍為貝氏體組織，且鋼材硬度未得到明顯改善。

(4) 鋼材經(jīng)去應(yīng)力退火后，鋼材硬度降低但金相組織未得到改善。