40Cr熱處理工藝剖析

1、描述：眾所周知， 40cr 是一個(gè)比較成熟的鋼種，但由于各個(gè)鋼廠生產(chǎn)的40cr，雖然化學(xué)成分都在合格范圍之內(nèi)，可仍有上下限的差別和冶煉方法的區(qū)別，因此在熱處理時(shí)也應(yīng)有所不同。我們購(gòu)買的40cr 來(lái)自首鋼、杭鋼和 . 摘要：金屬材料熱處理是機(jī)械加工制造的重要環(huán)節(jié)，熱處理的結(jié)果直接影響機(jī)械零部件的性能及壽命， 如果熱處理掌握不好， 可能造成設(shè)備故障率高、 維修率 高，甚至造成重大安全事故。文章通過(guò)不同的淬火溫度、回火溫度對(duì)40cr進(jìn)行熱處理， 通過(guò)處理后的出現(xiàn)的問(wèn)題及對(duì)數(shù)據(jù)和金相組織分析，最終確定最合理的熱 處理參數(shù)及工藝。關(guān)鍵詞：熱處理； 40cr；熱處理參數(shù)眾所周知， 40cr是一個(gè)比較成熟的

2、鋼種，但由于各個(gè)鋼廠生產(chǎn)的40cr，雖然化學(xué)成分都在合格范圍之內(nèi)，可仍有上下限的差別和冶煉方法的區(qū)別，因此在熱處理時(shí)也應(yīng)有所不同。我們購(gòu)買的40cr 來(lái)自首鋼、杭鋼和承鋼三個(gè)鋼廠，它們的化學(xué)成分均不盡相同， 為此必須先進(jìn)行試驗(yàn)， 以確定合理的熱處理工藝。本文僅對(duì)杭鋼產(chǎn) 40cr 的熱處理試驗(yàn)與生產(chǎn)作總結(jié)說(shuō)明，供參考。1 40cr 鋼的基本情況1.1 40cr 的化學(xué)成分（ % ）1.2 40cr 的部分物理性能密度： 7.87 克/cm3；熔點(diǎn)： 1400臨界點(diǎn)： ac1 ：747、ac3 ：784、ar3：729、ar1：6741.3 40cr 的力學(xué)性能當(dāng) 850油淬， 520回火，油冷時(shí)

3、力學(xué)性能為：，mpa ，mpa ，% ，% akv ，j 980 785 9 45 47 2 材料來(lái)源與化學(xué)成分材料是杭鋼生產(chǎn)的規(guī)格為 756000mm 的棒料，其化學(xué)成分如下 （表 1）：表 1 杭鋼生產(chǎn)的 40cr 的化學(xué)成分（ % ）3 熱處理設(shè)備情況淬火爐兩臺(tái)：km350/13內(nèi)膛尺寸 1500600600mm ； km540/13內(nèi)膛尺寸 1200700450mm ，兩臺(tái)淬火爐均為2010 年制造，德國(guó)生產(chǎn)?；鼗馉t兩臺(tái)：型號(hào)分別為：rq4-105-9d滴控井式回火爐， rjj-36-6 井式回火爐。洛氏硬度計(jì)： hr-150a型洛氏硬度計(jì)，山東萊州華銀制造，2011 年出廠。4 40

4、cr 材料尺寸及熱處理后硬度要求零件尺寸： 73（外圓） / 22（內(nèi)孔） 340mm （長(zhǎng)度）熱處理后的硬度要求：在直徑為 58.5mm處的硬度為 hrc36 42，每隔 120打一點(diǎn)，共三點(diǎn)。5 對(duì)杭鋼 40cr零件的熱處理試驗(yàn)5.1 熱處理試驗(yàn)淬火和回火的裝爐量均為36 根，淬火介質(zhì)和回火介質(zhì)均為自來(lái)水，水溫1530，淬火和回火的裝爐溫度均為100左右，淬火從送電到到溫時(shí)間為 120 分鐘，從到溫到出爐為3 小時(shí)，回火從送電到到溫90 分鐘，從到溫到出爐為 3 小時(shí)，科學(xué)技術(shù)與工程投稿 下表是不同淬火溫度及不同回火溫度處理后材料硬度。5.2 數(shù)據(jù)分析不同淬火溫度在同一回火溫度下硬度不同，

5、同一淬火溫度下， 不同的回火溫度硬度也不同，相同的淬火溫度和相同的回火溫度硬度相差很小，經(jīng)過(guò)多爐試驗(yàn)，測(cè)得在規(guī)定處的硬度hrc38 43，符合要求，而且硬度較穩(wěn)定。同時(shí)在零件橫截面沿半徑方向做了硬度分析，發(fā)現(xiàn)橫截面的淬火硬度 （沿半徑方向）由外向內(nèi)的規(guī)律是高 - 低- 較高，說(shuō)明外側(cè)比內(nèi)孔處的冷卻效果好些，內(nèi)孔處比半徑的中心處冷卻強(qiáng)度大。表 2 不同淬火溫度及不同回火溫度處理后材料硬度6 金相檢驗(yàn)6.1 金相檢驗(yàn)內(nèi)容觀察不同淬火溫度和調(diào)質(zhì)狀態(tài)下不同位置的組織；1#樣 890淬火馬氏體及其他組織、晶粒度；2#樣 860淬火馬氏體及其他組織、晶粒度；3#樣 860淬火 +440回火，回火索氏體及其

6、他組織。6.2 試驗(yàn)結(jié)果1#樣 890淬火邊緣處：細(xì)針馬氏體 +少量板條馬氏體 +少量殘余奧氏體，邊部有脫碳層；中心處：細(xì)針馬氏體+少量板條馬氏體 +少量上貝氏體 +少量殘余奧氏體；內(nèi)部處：板條馬氏體+上貝氏體 +少量細(xì)針馬氏體 +少量殘余奧氏體。2#樣 860淬火邊緣處：細(xì)針馬氏體 +少量板條馬氏體 +少量殘余奧氏體；中心處：細(xì)針馬氏體 +板條馬氏體 +少量上貝氏體 +少量殘余奧氏體；內(nèi)部處：上貝氏體+板條馬氏體 +細(xì)針馬氏體 +少量殘余奧氏體。3#樣 860淬火 +440回火邊緣處：回火索氏體；中心處：回火索氏體+少量上貝氏體；內(nèi)部處：回火索氏體+上貝氏體 +少量鐵素體。此結(jié)果表明：（1）

7、890淬火的組織是以細(xì)針馬氏體和板條馬氏體為主，所以從邊緣到中心部位表現(xiàn)出高硬度，說(shuō)明已經(jīng)淬透。（2）860淬火組織，邊緣處和中心處以細(xì)針馬氏體和板條馬氏體為主，內(nèi)部處則以上貝氏體和板條馬氏體為主，說(shuō)明邊緣處和中心處已經(jīng)淬透， 而內(nèi)部處尚未完成淬透，或者說(shuō)基本淬透。（3）860淬火 +440回火時(shí)，邊緣處、中心處、和內(nèi)部處都是以回火索氏體為主，由于內(nèi)部處有鐵素體的存在，致使該處的硬度有所降低， 但基本符合要求。部分金相照片如下（見圖1）圖 1 890淬火、860淬火時(shí)中心處和內(nèi)部處及860淬火 +440回火中部區(qū)域的金相組織7 出現(xiàn)的問(wèn)題在前期的一些試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)本批杭鋼生產(chǎn)的40cr 熱處理后

8、有時(shí)硬度不符合要求，并且在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)890水淬有大小不等的裂紋，且數(shù)量較多，860水淬有時(shí)也有少量小裂紋，這些裂紋主要分布在內(nèi)孔處，裂紋多為縱向。7.1 硬度達(dá)不到要求的原因化學(xué)成分處于中下限水平，使鋼的淬透性有所降低，因?yàn)閏r 和 c都是提高淬透性的合金元素；加熱溫度低時(shí)（如800），不能充分奧氏體化，使淬火馬氏體量減少，硬度降低；加熱溫度過(guò)高時(shí)（890），雖然能充分形成馬氏體，可使硬度提高，但易淬裂；同一位置硬度不均，除測(cè)量誤差外，可能與鋼的成分偏析有關(guān)，應(yīng)從冶煉工藝上考慮。7.2 出現(xiàn)裂紋的原因裂紋的產(chǎn)生嚴(yán)重地影響成品的合格率，使成本大大增加。 裂紋的產(chǎn)生是由于淬火溫度高，并用水作淬火劑及水的強(qiáng)烈攪動(dòng)（淬火烈度高）所造成的。當(dāng)符合上述條件時(shí)，鋼件便會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力（熱應(yīng)力和組織應(yīng)力），使得零件受力出現(xiàn)裂紋。8 結(jié)論與建議為使杭鋼產(chǎn) 40cr 達(dá)到規(guī)定的硬度要求，經(jīng)多次試驗(yàn)，確定其熱處理工藝為：淬火 860保溫 2h水冷回火 430440保溫 h水冷金相檢驗(yàn)表明， 當(dāng)金相組織以針狀馬氏體和板條狀馬氏體為主時(shí)，說(shuō)明鋼件已經(jīng)淬透， 若有較多的上貝氏體和殘余奧氏體時(shí)，則鋼件沒有淬透。 當(dāng)回火后有較多的鐵素體存在時(shí)， 則回火后的硬度就會(huì)降低。 因此當(dāng)淬火溫度確定之后， 可以調(diào)整回火溫度，以達(dá)到所期待的硬度。裂紋的產(chǎn)生是淬火溫度高， 淬