ZG22CrNiMo大型鑄件調(diào)質(zhì)處理工藝研究

盧俊玲，馬濤，孫永鵬，佟玉龍

寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司 寧夏石嘴山 753001

1 序言

某大型鑄件材料為Z G22C r N i M o，重量為1315kg，要求調(diào)質(zhì)硬度280～320HBW，無裂紋，力學(xué)性能滿足技術(shù)要求。ZG22CrNiMo材料淬透性較高，無回火脆性，具有優(yōu)良的焊接性，選擇此材料能夠很好地滿足零件使用性能，但該材質(zhì)不是國標(biāo)材料且首次試制，無相關(guān)熱處理參數(shù)，因此需通過工藝試驗(yàn)、檢測(cè)力學(xué)性能，來確定零件熱處理工藝參數(shù)。

2 試驗(yàn)方案

2.1 淬火冷卻介質(zhì)

眾所周知，低碳合金工程結(jié)構(gòu)用鋼調(diào)質(zhì)一般選用水淬，然而大型鑄件的縮松、氣孔等缺陷不可避免，水淬會(huì)造成因缺陷擴(kuò)展而形成裂紋，因此必須選用低溫冷卻速度較慢的淬火冷卻介質(zhì)進(jìn)行淬火。調(diào)研周邊生產(chǎn)廠家，淬火冷卻介質(zhì)只有普通機(jī)械油，冷卻能力差，達(dá)不到預(yù)期的力學(xué)性能要求，最終選擇濃度為10%～15%的水基淬火液作為淬火冷卻介質(zhì)。

2.2 淬火參數(shù)

資料顯示，ZG20CrNiMo選用880℃水淬[1]，ZG30CrNiMo選用880℃油淬[2]，參考以上兩種材料確定試驗(yàn)淬火溫度為880℃，回火溫度為480～520℃。

3 試驗(yàn)過程

3.1 試塊試驗(yàn)

按照制定的工藝參數(shù)，用大型鑄件的2個(gè)隨爐試塊（編號(hào)為1#、2#）進(jìn)行試驗(yàn)，880℃保溫1.5h，淬火液濃度為13.5%，檢測(cè)淬火硬度為310～322HBW，回火后力學(xué)性能見表1。

從表1可看出，雖然試樣的拉伸性能滿足技術(shù)要求，但沖擊性能很低，除了試樣斷口處有氣孔缺陷外，淬火硬度不足也是一個(gè)重要原因。為了查找根本原因，從5個(gè)鑄態(tài)試塊上取樣，對(duì)金相組織和材料成分作進(jìn)一步分析，見表2。

表1 880℃淬火試塊回火后力學(xué)性能

從表2可看出，除了V元素外，其余元素含量均符合要求，添加0.2%的V是為了細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和淬透性，但V元素會(huì)縮小γ區(qū)，提高Acm點(diǎn)，對(duì)淬火硬度有影響；金相組織為“回火索氏體+不明顯的塊狀、條狀鐵素體”，有未溶鐵素體（見圖1），說明淬火溫度略低，導(dǎo)致淬火后硬度低。

圖1 880℃調(diào)質(zhì)金相組織

表2 ZG22CrNiMo化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

綜合分析化學(xué)成分和金相組織結(jié)果，將淬火溫度由880℃提高至900℃進(jìn)行二次試驗(yàn)。參數(shù)為900℃保溫1.5h，淬火液濃度15%，用2個(gè)鑄造隨爐試塊（編號(hào)為3#、4#）進(jìn)行試驗(yàn)，檢測(cè)3#試塊淬火硬度為330～363HBW，回火硬度及力學(xué)性能見表3。

對(duì)比表1和表3數(shù)據(jù)可知，強(qiáng)度指標(biāo)變化小，沖擊吸收能量和沖擊韌度提高約2倍，達(dá)到技術(shù)要求，金相組織為“回火索氏體+極少量的不明顯的鐵素體”（見圖2），說明加熱、冷卻充分，因此按照此參數(shù)對(duì)零件實(shí)物進(jìn)行淬火試驗(yàn)。

圖2 900℃調(diào)質(zhì)金相組織

表3 900℃淬火試塊回火硬度及力學(xué)性能

3.2 實(shí)物零件試驗(yàn)

實(shí)物零件淬火試驗(yàn)如圖3所示。將零件側(cè)立裝于料架上，以減小變形，900℃保溫3h，淬火液濃度15%，每爐裝1件，共淬火2件，硬度及加工后外觀見表4。

圖3 實(shí)物零件淬火試驗(yàn)

表4 實(shí)物零件熱處理工藝及硬度

4 結(jié)束語

1）Z G22C r N i M o大型鑄件材料中加入V元素，通過試驗(yàn)確定的調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)為：900℃保溫3h，用10%～15%的淬火液淬火，分3次冷卻，時(shí)間分別為5min、2min、2.5min，控制終冷返熱溫度60～120℃；600℃保溫3h回火，硬度可達(dá)280～320HBW，抗拉強(qiáng)度為1020MPa，下屈服強(qiáng)度為 921MPa，沖擊韌度≥50J/cm2，達(dá)到技術(shù)要求。

2）經(jīng)900℃淬火、600℃回火后，金相組織為回火索氏體+極少量的不明顯的鐵素體，比880℃淬火、490℃回火組織更為均勻。

3）零件精車加工時(shí)未發(fā)現(xiàn)熱處理裂紋，達(dá)到預(yù)期效果。