張 丹 馮 敬 曹 華 李 其 侯少欽

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

55#中間軸鍛鋼是二重為國內某鋼廠生產的軋機電機傳動部分的關鍵零件。該零件用于傳遞動力，工作時，受到較大的扭矩力。因此，中間軸的超聲檢測和力學性能要求較高。在生產過程中，出現超聲檢測雜波較高，晶粒粗大，影響檢測的判定。

本文研究了55#中間軸鍛鋼產生粗晶的原因，通過熱處理工藝優(yōu)化，解決了超聲波探傷雜波問題。

1 技術要求及制造工藝

1.1 超聲檢測要求

超聲檢測驗收要求起始靈敏度為?1.6 mm，不允許有當量直徑≥?3.0 mm的缺陷，底波衰減不允許≥3dB，軸表面至130 mm范圍內部允許存在環(huán)狀和帶狀缺陷。

1.2 制造工藝

55#中間軸經真空澆注方式獲得鋼錠，再由水壓機鍛造成型，其次在臺式熱處理設備上進行性能熱處理。中間軸的化學成分見表1。

性能熱處理工藝見圖1。性能熱處理后，按圖2所示對中間軸進行超聲檢測，檢測結果表明，共建衰減較重，A、E兩段心部雜波達的?2 mm以上，B、C、D段心部雜波達?1.6 mm。無法滿足超聲檢測起始靈敏度?1.6 mm的要求。

表1 中間軸的化學成分(質量分數，%)Table 1 Chemical composition of intermediate shaft (mass fraction, %)

2 試驗方法及解決措施

2.1 組織轉變模擬

利用JmatPro軟件進行模擬計算，得到55#鋼的熱處理連續(xù)冷卻轉變曲線。大鍛件正火后，心部溫度難以在半個小時以內冷卻到600℃以下，因此，從曲線上分析，會獲得先共析鐵素體+珠光體的組織。而且，鐵素體轉變在珠光體轉變的上方，將整個珠光體轉變完全覆蓋，兩者之間的距離很小，為網狀鐵素體的形成提供了條件。55#鋼連續(xù)轉變曲線見圖3。

2.2 試驗方法

為了分析粗晶原因，在中間軸上取尺寸為30 mm×30 mm的試塊，按照中間軸先前制造過程，將鍛造加熱工藝和性能熱處理工藝(正火)進行了模擬。先將試樣加熱至1260℃保溫6 h后爐冷，對試樣進行晶粒粗化，觀察組織見圖4。然后將試樣加熱至850℃保溫，以20℃/h的速度冷卻，觀察組織見圖5 。

2.3 原因分析

圖1 性能熱處理工藝Figure 1 Performance heat treatment process

圖2 探傷情況Figure 2 Flaw detection situation

圖3 55#鋼熱處理連續(xù)轉變曲線Figure 3 Continuous transition curve of heat treatment for 55# steel

圖4 1260℃晶粒粗化組織Figure 4 Structure of coarse grain at 1260℃

由圖4可見，試樣經過1260℃處理后，組織粗大，沿原奧氏體晶界析出網狀鐵素體，鐵素體包裹整個晶粒。經850℃正火后，晶粒得到細化，但仍是網狀鐵素體，基本上仍是包裹整個晶粒。

圖5 850℃正火組織Figure 5 The structure when normalizing at 850℃

55#鋼屬于亞共析鋼，其奧氏體化后在冷卻到轉變點以下時，在奧氏體晶界上就會生核，并析出鐵素體。當達到共析成分時，剩余的奧氏體全部發(fā)生共析轉變，生成許多不同方位的珠光體團。這些鐵素體如果嚴重粗化，將導致超聲波的大量散射，嚴重影響超聲波的傳播，妨礙正常的檢測[1]。

55#中間軸在鍛造過程中，中心部位變形小，法蘭心部變形最小，對枝狀晶的打碎力度要弱一些。在隨后的熱處理過程中，中間軸心部位置的過冷度也是整個工件中最小的，在隨后的奧氏體化過程中，其形核率也小，導致中間軸心部晶粒比外部粗大。經過正回火后，形成包裹整個晶粒的網狀鐵素體，鐵素體大小等于整個晶粒大小。在隨后的檢測中，因為存在包裹整個粗大晶粒的鐵素體，造成超聲波檢測雜波高，無法滿足檢測要求。

2.4 改進措施

根據以上分析，影響超聲檢測的原因是存在包裹整個粗大晶粒的鐵素體，因此，一方面可以通過切斷網狀鐵素體，使鐵素體細化，另一方面可以細化奧氏體晶粒，達到解決超聲檢測的問題。因此在熱處理工藝方面，采用了淬火+亞溫淬火的方式，改變了鐵素體形態(tài)，并且細化了奧氏體晶粒。具體的工藝見圖6。

圖6 淬火+亞溫淬火工藝Figure 6 The processes of quenching and intercritical quenching

采用以上工藝后鐵素體網被打斷，形成了比網狀鐵素體小得多的小塊狀鐵素體，奧氏體晶粒度也得到細化，影響超聲檢測的粗晶問題也得到解決。

3 結論

(1)55#鋼這類亞共析鋼在正火或完全奧氏體化淬火時，容易沿原奧氏體晶界形成包裹整個晶粒的網狀鐵素體，在超聲檢測時，形成粗晶，造成散射，影響檢測。

(2)采用淬火+亞溫淬火的熱處理方式，可以打斷鐵素體網，形成小塊狀鐵素體，同時細化了奧氏體晶粒，解決了超聲檢測的雜波問題。

(3)因受鍛件余量限制，本文未進行鍛造工藝變形對晶粒度影響的研究。