42CrMo壓縮缸調(diào)質(zhì)性能的研究

劉勇，秦飛虎，楊金，李強(qiáng)，趙太源，李亞軍

（中國(guó)石油集團(tuán)濟(jì)柴動(dòng)力有限公司成都?jí)嚎s機(jī)分公司， 四川 成都 610100）

42CrMo是GB/T 3077-2015《合金結(jié)構(gòu)鋼》中一種典型的合金結(jié)構(gòu)鋼，因其具有高強(qiáng)度、高韌性、良好的淬透性以及無(wú)明顯回火脆性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大中型機(jī)器設(shè)備[1-3]。42CrMo作為壓縮缸常用的材料之一，對(duì)其調(diào)質(zhì)工藝性能的研究，具有重要意義。

目前公司壓縮機(jī)的壓縮缸調(diào)質(zhì)前的工序?yàn)殄懺烀?、正火、劃線、銑外形、超聲波探傷、鉆孔、粗車缸孔、粗鏜閥孔。因壓縮缸本身體積重量較大，筆者設(shè)想采用同批料的42CrMo試棒與缸體同時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)工藝處理，若是力學(xué)性能相當(dāng)，就可采用試棒代替缸體，以減少今后的工作量。本試驗(yàn)采用42CrMo缸體和試棒同時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，對(duì)兩者力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比，用于驗(yàn)證筆者設(shè)想的可行性。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為鍛后正火態(tài)的42CrMo，其化學(xué)成分如表1所示。

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

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)分為兩組：第1#組是壓縮缸缸體本體調(diào)質(zhì)后本體取樣，依據(jù)JB/T 6908-2006《容積式壓縮機(jī)用鋼鍛件》，取自加長(zhǎng)段橫截面對(duì)角線頂點(diǎn)到中心的1/3處；第2#組是直徑為25mm長(zhǎng)度為300mm的試棒。調(diào)質(zhì)設(shè)備為RTQF-13-ERM多用爐，冷卻介質(zhì)為油。將壓縮缸缸體和試樣放入多用爐中，加熱至800～850℃，保溫150～200min；淬火室的油溫為50±20℃。淬火過(guò)程防止其它因素對(duì)缸體或試棒的性能產(chǎn)生影響，多用爐加熱完畢自動(dòng)到淬火室進(jìn)行淬火，攪拌方向朝上，電機(jī)轉(zhuǎn)速800r/min，冷卻20min。淬火完成后，用料車將淬火后的工件和料框轉(zhuǎn)入到多用回火爐的有效加熱區(qū)，隨爐加熱到560～580℃，保溫180～300min，空冷。

1.3 檢驗(yàn)方法

依據(jù)GB/T 228-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)》，室溫拉伸試驗(yàn)在SHT4605型60t微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行；依據(jù)GB/T 231-2018《金屬材料布氏硬度實(shí)驗(yàn)》，硬度實(shí)驗(yàn)在HRB-3000B型布氏硬度試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行；依據(jù)GB/T 229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》，沖擊試驗(yàn)在ZBC2302-C擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行；依據(jù)GB/T 13298-2015《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》，顯微組織在OLYMPUS GX-71F金相顯微鏡上觀察，浸蝕液為4%硝酸酒精溶液。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 力學(xué)性能

在壓縮缸缸體本體截取的1#試樣和2#試棒的力學(xué)性能如表2所示，其中沖擊試樣尺寸為10mm×10mm×55mm，試樣開(kāi)V形坡口，角度為45°，坡口深度為2±0.05mm。從表2中可以看出，本體和試棒在抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、室溫沖擊功指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和特殊設(shè)計(jì)要求，但兩者差異較大，試棒的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于本體截取的試樣。兩者斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率、硬度這三項(xiàng)指標(biāo)差異較小。從而得知在相同成分且經(jīng)過(guò)同樣的調(diào)質(zhì)條件下，尺寸小的試棒的力學(xué)性能優(yōu)于在本體按標(biāo)準(zhǔn)位置截取的試棒的性能，說(shuō)明用試棒的性能代替本體的性能是不可行的。

表2 力學(xué)性能

2.2 顯相組織

壓縮缸本體截取的1#試樣和2#試棒顯微組織如圖1所示。從圖1(a)、（b）中可以看出，在本體按標(biāo)準(zhǔn)位置截取的試樣的組織為回火索式體、貝氏體、條塊狀鐵素體，試棒的組織為回火索式體、少量條狀鐵素體。圖1(a)整體晶粒尺寸明顯大于圖1(b)，圖1(a)比圖1(b)中多了貝氏體組織。壓縮缸缸體截面尺寸遠(yuǎn)大于試棒截面尺寸，缸體的理論保溫時(shí)間遠(yuǎn)大于試棒的理論保溫時(shí)間，在完全奧氏體化后，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，試棒的奧氏體晶粒長(zhǎng)大程度大于缸體的奧氏體晶粒長(zhǎng)大程度。但在隨后的淬火過(guò)程中，由于截面積小的試棒傳熱更快，溫度梯度更大，有更大的過(guò)冷度，單位時(shí)間內(nèi)形核更多[4,5]，試棒晶粒變小程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于缸體奧氏體晶粒長(zhǎng)大的程度，最終表現(xiàn)為試棒的室溫組織晶粒尺寸小于缸體按標(biāo)準(zhǔn)截取位置試樣的晶粒尺寸。由于試棒室溫組織的晶粒更細(xì)，所以在抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、室溫沖擊功特別是室溫沖擊功上優(yōu)于缸體本體按標(biāo)準(zhǔn)截取位置試樣的性能。因壓縮缸體積龐大，壓縮缸本體取樣位置到邊緣距離大于42CrMo鍛件鋼的淬透厚度，所以壓縮缸本體中出現(xiàn)了中溫貝氏體組織。

圖1 顯微組織

3 結(jié)論

(1)經(jīng)熱處理工藝調(diào)質(zhì)后的缸體，抗拉強(qiáng)度為877MPa，屈服強(qiáng)度為650MPa，斷后伸長(zhǎng)率為15%，斷面收縮率為49%，室溫沖擊功KV2平均值57J，硬度分別為301HBS，滿足標(biāo)準(zhǔn)和特殊設(shè)計(jì)要求。

(2)經(jīng)熱處理工藝調(diào)質(zhì)后的試棒，抗拉強(qiáng)度為1050MPa，屈服強(qiáng)度為923MPa，斷后伸長(zhǎng)率為16%，斷面收縮率為51%，室溫沖擊功KV2平均值為103J，硬度為297HBS，與調(diào)質(zhì)的壓縮缸缸體的標(biāo)準(zhǔn)取樣位置的性能差異較大，用試棒代替壓縮缸本體性能是不可行的。

(3)熱處理工藝調(diào)質(zhì)后，試棒的晶粒尺寸小于缸體本體按標(biāo)準(zhǔn)位置截取的試樣的組織的晶粒尺寸。

◆參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 3077-2015，合金結(jié)構(gòu)鋼[S].

[2] 趙太源，周輝，李亞軍，等. 42CrMo壓縮缸氮化性能的研究[J].石油和化工設(shè)備，2019，22(12)：23-24+22.

[3] 張京，譚小明，石磊. 回火工藝對(duì)42CrMo鋼調(diào)質(zhì)后組織及性能的影響[J].機(jī)車車輛工藝，2018，(2)：32-33+37.

[4] 劉多智，李延峰. 大規(guī)格42CrMo鍛材調(diào)質(zhì)工藝的改進(jìn)[J].熱處理技術(shù)與裝備，2008，29(3)：74-76.

[5] 趙洪運(yùn). 材料成形原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.