40Cr热处理工艺剖析.doc

1、描述：众所周知， 40Cr 是一个比较成熟的钢种，但由于各个钢厂生产的 40Cr，虽然化学成分都在合格范围之内，可仍有上下限的差别和冶炼方法的区 别，因此在热处理时也应有所不同。我们购买的 40Cr 来自首钢、杭钢和 . 摘要： 金属材料热处理是机械加工制造的重要环节，热处理的结果直接影响机械零部件的性能及寿命，如果热处理掌握不好，可能造成设备故障率高、维修率 高，甚至造成重大安全事故。文章通过不同的淬火温度、回火温度对 40Cr进行热处理，通过处理后的出现的问题及对数据和金相组织分析，最终确定最合理的热 处理参数及工艺。 关键词：热处理； 40Cr；热处理参数 众所周知， 40Cr 是一个比

2、较成熟的钢种，但由于各个钢厂生产的 40Cr，虽然化学成分都在合格范围之内，可仍有上下限的差别和冶炼方法的区 别，因此在热处理时也应有所不同。我们购买的 40Cr 来自首钢、杭钢和承钢三个钢厂，它们的化学 成分均不尽相同，为此必须先进行试验，以确定合理的热处理 工艺。本文仅对杭钢产 40Cr 的热处理试验与生产作总结说明，供参考。 1 40Cr 钢的基本情况 1.1 40Cr 的化学成分（ %） 1.2 40Cr 的部分物理性能 密度： 7.87 克 /cm3；熔点： 1400 临界点： AC1： 747、 AC3： 784、 Ar3： 729、 Ar1： 674 1.3 40Cr 的力学性能

3、 当 850油淬， 520回火，油冷时力学性能为： ， MPa ， MPa ， % ， % AKV， J 980 785 9 45 47 2 材料来源与化学成分 材料是杭钢生产的规格为 75 6000mm 的棒料，其化学成分如下（表 1）： 表 1 杭钢生产的 40Cr 的化学成分（ %） 3 热处理设备情况 淬火炉两台： KM350/13内膛尺寸 1500 600 600mm； KM540/13内膛尺寸 1200 700 450mm，两台淬火炉均为 2010 年制造，德国生产。 回火炉两台：型号分别为： RQ4-105-9D 滴控井式回火炉， RJJ-36-6 井式回火炉。 洛氏硬度计： H

4、R-150A 型 洛氏硬度计，山东莱州华银制造， 2011 年出厂。 4 40Cr 材料尺寸及热处理后硬度要求 零件尺寸： 73（外圆） / 22（内孔） 340mm（长度） 热处理后的硬度要求： 在直径为 58.5mm 处的硬度为 HRC36 42，每隔 120打一点，共三点。 5 对杭钢 40Cr 零件的热处理试验 5.1 热处理试验 淬火和回火的装炉量均为 36 根，淬火介质和回火介质均为自来水，水温15 30，淬火和回火的装炉温度均为 100左右，淬火从送电到到 温时间为 120 分钟，从到温到出 炉为 3 小时，回火从送电到到温 90 分钟，从到温到出炉为 3 小时， 科学技术与工程

5、投稿 下表是不同淬火温度及不同回火温度处理后材料硬度。 5.2 数据分析 不同淬火温度在同一回火温度下硬度不同，同一淬火温度下，不同的回火温度硬度也不同，相同的淬火温度和相同的回火温度硬度相差很小，经过多炉试验，测得在规定处的硬度 HRC38 43，符合要求，而且硬度较稳定。 同时在零件横截面沿半径方向做了硬度分析，发现横截面的淬火硬度（沿半径方 向）由外向内的规律是高 -低 -较高，说明外侧比内孔处的冷却效果好些，内孔处比半径的中心处冷却强度大。 表 2 不同淬火温度及不同回火温度处理后材料硬度 6 金相检验 6.1 金相检验内容 观察不同淬火温度和调质状态下不同位置的组织； 1#样 890

6、淬火马氏体及其他组织、晶粒度； 2#样 860淬火马氏体及其他组织、晶粒度； 3#样 860淬火 +440回火，回火索氏体及其他 组织。 6.2 试验结果 1#样 890淬火边缘处：细针马氏体 +少量板条马氏体 +少量残余奥氏体，边部有脱碳层；中心处：细针马氏体 +少量板条马氏体 +少量上贝氏体 +少量残余奥氏体；内部处：板条马氏体 +上贝氏体 +少量细针马氏体 +少量残余奥氏体。 2#样 860淬火边缘处：细针马氏体 +少量板条马氏体 +少量残余奥氏体；中心处：细针马氏体 +板条马氏体 +少量上贝氏体 +少量残余奥氏体；内部处：上贝氏体 +板条马氏体 +细针马氏体 +少量残余奥氏体。 3#样

7、 860淬火 +440回火边缘处：回火索氏体；中心处：回火索氏体 +少量上贝氏体；内部处：回火索氏体 +上贝氏体 +少量铁素体。 此结果表明 ： （ 1） 890淬火的组织是以细针马氏体和板条马氏体为主，所以从边缘到中心部位表现出高硬度，说明已经淬透。 （ 2） 860淬火组织，边缘处和中心处以细针马氏体和板条马氏体为主，内部处则以上贝氏体和板条马氏体为主，说明边缘处和中心处已经淬透，而内部处尚未完成淬透，或者说基本淬透。 （ 3） 860淬火 +440回火时，边缘处、中心处、和内部处都是以回火索氏体为主，由于内部处有铁素体的存在，致使该处的硬度有所降低，但基本符合要求。 部分金相照片如下（见

8、图 1） 图 1 890淬火、 860淬火时中心处和内部处及 860淬火 +440回火中部区域的金相组织 7 出现的问题 在前期的一些试验中，发现本批杭钢生产的 40Cr 热处理后有时硬度不符合要求，并且在试验中发现 890水淬有大小不等的裂纹，且数量较多， 860水淬有时也有少量小裂纹，这些裂纹主要分布在内孔处，裂纹多为纵向。 7.1 硬度达不到要求的原因 化学成分处于中下限水平，使钢的淬透性有所降低，因为 Cr 和 C 都是提高淬透性的合金元素；加热温度低时（如 800），不能充分奥氏体化，使 淬火马氏体量减少，硬度降低； 加热温度过高时（ 890），虽然能充分形成马氏体，可使硬度提高，但

9、易淬裂；同一位置硬度不均，除测量误差外，可能与钢的 成分偏析有关，应从冶炼工艺上考虑。 7.2 出现裂纹的原因 裂纹的产生严重地影响成品的合格率，使成本大大增加。裂纹的产生是由于淬火温度高，并用水作淬火剂及水的强烈搅动（淬火烈度高）所造成的。当符合上述条件时，钢件便会产生内应力（热应力和组织应力），使得零件受力出现裂纹。 8 结论与建议 为使杭钢产 40Cr 达到规定的硬度要求，经多次试验，确定其热处理工艺为： 淬火 860保温 2H水冷回火 430 440保温 H 水冷 金相检验表明，当金相组织以针状马氏体和板条状马氏体为主时，说明钢件已经淬透，若有较多的上贝氏体和残余奥氏体时，则钢件没有淬透。当回火后有较多的铁素体存在时，则回火后的硬度就会降低。因此当淬火温度确定之后，可以调整回火温度，以达到所期待的硬度。 裂纹的产生是淬火温度高，淬火剂水的强烈搅动所造成的，此时组织应力远大于热应力，而内表面收到的拉应力比外表面大，致使内表面易形成纵向裂纹。因此，为避免裂纹的产生，必须选择合适的淬火温度和淬火剂。 应经常检查炉温和热电偶情况，特别是当硬度出现波动时更要注意，当条件允许时，可进行深入地应力分析和金相定量分析。