熱處理方式對40CrNiMoA沖擊性能的影響

王淑婧 劉錦滔 肖 杰 王 慶 黃炎睿 嚴(yán) 烽

(東方電氣集團(tuán)東方汽輪機有限公司，四川618000)

材料40CrNiMoA是一種優(yōu)質(zhì)調(diào)質(zhì)鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能，多用于瓦塊、墊片、螺母等零件，零件結(jié)構(gòu)鍛件毛坯多以餅類、大截面圓柱類毛坯為主。經(jīng)過長期生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)該材料性能熱處理后沖擊性能不合格，造成大批量毛坯返工或報廢。因此，有必要對該材料鍛件進(jìn)行熱處理工藝優(yōu)化，提高沖擊性能合格率。

1 試驗內(nèi)容

1.1 鍛造

為了保證圓鋼完全透燒，鍛造時采用三段式加熱，鍛造加熱曲線見圖1，始鍛溫度1150℃，鍛后灰冷。鍛后試樣尺寸為?293 mm×150 mm，晶粒度7.0級。

圖1 鍛造加熱曲線Figure 1 Forging heating curve

1.2 熱處理

在調(diào)質(zhì)之前，鍛件材料40CrNiMoA需要正火處理，使組織均勻，防止混晶現(xiàn)象的出現(xiàn)，保證調(diào)質(zhì)后的力學(xué)性能。

1.2.1 淬火冷卻方式對沖擊性能的影響

將工件加熱至臨界溫度以上，保溫一定時間后使之奧氏體化，以大于臨界冷卻速率進(jìn)行冷卻，得到馬氏體組織。工件截面尺寸較大時，淬火過程中工件心部冷卻速率不夠，使心部組織未發(fā)生充分轉(zhuǎn)變，影響性能熱處理后的沖擊性能。因此，淬火后采用水淬、水淬油冷進(jìn)行對比試驗，見表1中試樣編號1-1#和1-2#。

1.2.2 回火冷卻方式對沖擊性能的影響

由于工件有效截面尺寸較大，在回火冷卻過程中表面和心部冷速相差較大，使淬火時遺留下的殘余奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變，引起沖擊韌性下降。則回火后采用油冷，加快回火冷卻速率。采用不同回火冷卻方式進(jìn)行對比試驗，見表1中試樣編號2-1#和2-2#。

表1 不同淬火和回火冷卻方式試驗

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 不同淬火冷卻方式對沖擊性能的影響

為了得到淬火冷卻速率對沖擊性能的影響，淬火后分別采用水淬油冷、水淬的冷卻方式。試驗結(jié)果見表2中試樣編號1-1#和1-2#，金相組織見圖2(a)和圖2(b)。

表2 室溫力學(xué)性能及金相組織檢測結(jié)果Table 2 Test results of mechanical properties and metallographic structures at room temperature

表3 不同取樣方向的力學(xué)性能檢測結(jié)果Table 3 Test results of mechanical properties in different sampling directions

(a)1-1#試樣(b)1-2#試樣(c)2-1#試樣(d)2-2#試樣

圖2 金相組織
Figure 2 Metallographic structures

圖3 取樣圖
Figure 3 Sampling drawing

從表2試驗結(jié)果可知，水淬油冷后仍有個別沖擊值低于目標(biāo)值，水淬時各項力學(xué)性能顯著提高。

2.2 不同回火冷卻方式對力學(xué)性能的影響

40CrNiMoA在400～450℃易產(chǎn)生回火脆性，為了避免產(chǎn)生回火脆性，應(yīng)加快冷卻速率，則回火后采用油冷，試驗結(jié)果見表2中試樣編號2-1#和2-2#，金相組織見圖2(c)和圖2(d)。

從試驗數(shù)據(jù)可知，回火采用油冷，沖擊性能均顯著提高，且淬火水冷的試樣強度均高于淬火油冷的試樣強度。

2.3 不同取樣方向?qū)αW(xué)性能的影響

為了驗證橫向、切向、軸向三種取樣方向?qū)αW(xué)性能的影響，按照圖3進(jìn)行分割，分別檢測軸向、徑向、切向力學(xué)性能，試驗結(jié)果見表3。

從檢測結(jié)果可知，在一個試樣上截取軸向、切向、橫向試樣，軸向性能優(yōu)于其它方向。

3 結(jié)論

(1)材料40CrNiMoA沖擊性能與取樣方向有一定的關(guān)系，軸向性能優(yōu)于其它方向；

(2)對于有效加熱截面較大的工件，可通過提高淬火、回火冷卻速率來提高沖擊性能。但淬火水冷產(chǎn)生的組織應(yīng)力較大，易產(chǎn)生開裂傾向；回火油冷，冷卻過程中會產(chǎn)生新的應(yīng)力。因此，對于變形傾向大、尺寸精度要求高的零件不推薦使用淬火水冷和回火油冷。