基于Deform35CrMo鋼大鍛件組織遺傳現(xiàn)象研究

林偉強(qiáng)

（泉州輕工職業(yè)學(xué)院 智能工業(yè)系，福建 泉州 362200）

基于Deform35CrMo鋼大鍛件組織遺傳現(xiàn)象研究

林偉強(qiáng)

（泉州輕工職業(yè)學(xué)院 智能工業(yè)系，福建 泉州 362200）

分析船用大鍛件35CrMo鋼的遺傳傾向及產(chǎn)生原因，研究加熱速度、保溫時(shí)間、冷卻方式、加熱方式對組織遺傳的影響。研究結(jié)果表明中速（200～300℃/分）加熱至Ac1～Ac3區(qū)間高溫域停留，而后升溫至Ac3以上奧氏體化，可消除組織遺傳。

大鍛件；組織遺傳；Deform；35CrMo；研究

現(xiàn)有研究表明，鍛造中的形變溫度和停鍛溫度對奧氏體晶粒大小影響顯著，對后續(xù)熱處理具有遺傳性[1]；而加熱火次、加熱周期與加熱金屬量等工藝參數(shù)依賴于原材料的性質(zhì)。因此，對于具有遺傳性且難以消除的缺陷應(yīng)該嚴(yán)格控制原材料工藝和鍛造工藝，以降低熱處理能耗；而對于無遺傳性且通過熱處理可以消除的缺陷，則可以簡化鍛造工藝、節(jié)省鍛造過程的能耗[2]。對于船用大型超長軸類零件，則需重點(diǎn)考慮變形協(xié)調(diào)、材料化學(xué)成分的偏析協(xié)調(diào)以及沿軸方向的組織均勻性協(xié)調(diào)等問題。

1 研究對象

如圖1所示廣州造船廠某船用中間軸鍛件，下料重量6t，擬采用8t的35CrMo八角鋼錠鋸切開料鍛造，擬采用倒棱、滾圓、內(nèi)凹V型砧多次分段拔長等特殊鍛造工藝方法進(jìn)行[3]。

圖1 某船用中間軸鍛造現(xiàn)場

圖2 晶粒遺傳產(chǎn)生條件的示意圖

船用鍛件尺寸較大，鍛造過程復(fù)雜，晶粒細(xì)化的程度直接影響鍛件質(zhì)量。本文研究船用大型鍛件的鍛造工藝，基于Deform軟件進(jìn)行模擬對比，分析不同加熱規(guī)范、壓下率、加熱速度等對晶粒細(xì)化及組織遺傳的影響。

2 35CrMo鋼的組織遺傳及解釋

組織遺傳是非平衡組織（M、B等）緩慢加熱至Ac1附近出現(xiàn)與母相保持K－S關(guān)系的針形奧氏體的結(jié)果[4]。馬氏體組織加熱時(shí)隨著兩種不同奧氏體化過程的發(fā)展程度，在完全奧氏體化后導(dǎo)致了不同程度的奧氏體晶粒遺傳。

從馬氏體在不同溫度等溫加熱的奧氏體化過程，可以清楚地看到片狀?yuàn)W氏體在接近Ac1時(shí)形成，隨著溫度升高連成一大片，與鐵素體相間呈層狀組織，而在Ac1以上30℃出現(xiàn)球狀?yuàn)W氏體。如果在球狀?yuàn)W氏體出現(xiàn)溫度以下長時(shí)間保溫，促使片狀?yuàn)W氏體充分發(fā)展，則在繼續(xù)升溫過程中即將球狀?yuàn)W氏體的形成完全抑制，片狀?yuàn)W氏體通過側(cè)向長大耗盡相間的鐵素體，連成一片而恢復(fù)原始奧氏體晶粒的形狀及大小，即產(chǎn)生組織遺傳。

35CrMo鋼中含有較高的合金元素，以彌散質(zhì)點(diǎn)分布在鐵素體基體上，強(qiáng)化了鐵素體，也提高鐵素體的再結(jié)晶溫度。另外，大鍛件的加熱速度受截面尺寸的限制，只能緩慢升溫，即使是熱裝爐，也不會超過50℃/h，這為片狀?yuàn)W氏體充分發(fā)展提供了條件，故使得35CrMo鋼大鍛件具有遺傳傾向，即晶粒難以細(xì)化。

3 正交實(shí)驗(yàn)

在熱處理過程中，影響35CrMo鋼晶粒尺寸的工藝因素主要有：加熱速度、保溫時(shí)間、加熱方式和冷卻方式。因此，本論文利用正交實(shí)驗(yàn)法，選取上述4種工藝因素進(jìn)行正交設(shè)計(jì)。其因素水平表如表1所示。

由于這4種因素之間沒有相互作用，所以采用L8正交表。其正交表如表2所示，模擬結(jié)果如圖3所示。

表1 因素水平表

表2 正交實(shí)驗(yàn)表

經(jīng)過計(jì)算處理后，得出的直觀分析表如表3所示。

表中，K1、K2分別表示因素A、B、C、D在水平1和2模擬的晶粒尺寸之和；k1、k2為各因素在兩水平中的平均晶粒尺寸；結(jié)果Xi表示代表點(diǎn)的模擬晶粒尺寸。

表3 直觀分析表

從表中可以看出，對35CrMo鋼熱處理晶粒尺寸的影響程度依次為加熱速度、加熱方式、保溫時(shí)間、冷卻方式。在加熱速度中，中速加熱優(yōu)于慢速加熱，同理，利用階梯加熱方式、保溫3.5h、AQ251淬火液所模擬的晶粒尺寸明顯比其余水平要小。

4 金相實(shí)驗(yàn)

模擬結(jié)果表明，加熱速度是影響組織遺傳的一個(gè)重要因素?？焖俸吐偌訜峋鶗鸾M織遺傳，中速加熱會發(fā)生晶粒細(xì)化。為了能和數(shù)值模擬作對比，以下將從實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行論證。

經(jīng)粗化處理后，平均晶粒度在0級左右，如圖4a。保溫溫度取1200℃，保溫時(shí)間為10min，加熱速度分別取2℃/min和200℃/min，測得晶粒度為1級和3級左右，如圖4b、c所示。

本次實(shí)驗(yàn)采用慢速和中速加熱，晶粒度分別為1級和3級，如圖4b、c所示。分析原因認(rèn)為：改變加熱速度的實(shí)質(zhì)是造成發(fā)生加熱轉(zhuǎn)變時(shí)的不同過熱度。對比圖4a、b，經(jīng)慢速加熱至860℃,可觀察到明顯的晶粒遺傳現(xiàn)象，而中速加熱則沒有晶粒遺傳現(xiàn)象。由此可見，加熱速度對晶粒遺傳的影響和奧氏體化過程密切相關(guān)。

圖3 模擬結(jié)果

圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（×200）

5 結(jié)論

通過對熱處理過程中影響35CrMo鋼大鍛件晶粒尺寸因素的模擬分析，得出35CrMo鋼大鍛件熱處理過程組織遺傳規(guī)律。對如何防止或改正粗大組織的遺傳提供了新的觀點(diǎn)。

（1）熱處理過程，對35CrMo鋼晶粒尺寸影響最大的是加熱速度。

（2）對防止或改正粗大組織的遺傳有以下方式：①在略低于Ac1的溫度進(jìn)行長期（大于1h）保溫，而后再升溫至Ac3以上奧氏體化淬火，可以消除組織遺傳。②中速（200～300℃/分）加熱至Ac1～Ac3區(qū)間高溫域停留，而后升溫至Ac3以上奧氏體化，可消除組織遺傳。

[1] 彭金明,汪宏斌,吳曉春.終鍛溫度和變形量對貝氏體型非調(diào)質(zhì)鋼強(qiáng)韌性的影響[J].鋼鐵,2009,（5）：56-58.

[2] 劉世程,李國柱,王莎莎,等.幾種結(jié)構(gòu)鋼加熱轉(zhuǎn)變時(shí)針狀?yuàn)W氏體的形成規(guī)律及組織遺傳[J].金屬熱處理學(xué)報(bào)，1992，（4）：39-45.

Study on structure heredity of large forgings on the basis of Deform35CrMo Steel

LIN Weiqiang
（Department of Intelligent Industry,Quanzhou College of Technology,Quanzhou 362200,Fujian China）

The heredity tendency and its cause have been analyzed to the 35CrMo steel large forgings.The influence of heating speed,holding time,cooling and heating mode to the structure heredity has been studied.The results show that the structure heredity can be eliminated when it is firstly heated to Ac1～Ac3 on medium speed(200～300℃/min)and stayed,then up to above Ac3 and become austenitic.

Deform;35CrMo;Large forgings;Structure heredity

TG156.1；TG316.2

A

10.16316/j.issn.1672－0121.2017.01.017

1672－0121（2017）01－0067－03

2016－10－20；

2016－12－15

2010～2012年度廣東省第二批重大科技專項(xiàng)資助項(xiàng)目（2009A080304004）

林偉強(qiáng)（1988－），男，智能工業(yè)系副主任，講師，從事機(jī)械設(shè)計(jì)與制造研究。E－mail：oldqiang375025206@qq.com