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(1.安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 安徽 淮南 232001；2.安徽鑫宏機(jī)械有限公司 安徽 淮南 232001)

鉻鉬鋼是一種常見的結(jié)構(gòu)鋼，具有高強(qiáng)度、高塑性和高韌性。35CrMo和42CrMo是鉻鉬鋼的典型代表。金屬熱處理工藝是鉻鉬鋼應(yīng)用過程中常見的現(xiàn)場生產(chǎn)調(diào)制工藝，對鉻鉬鋼的組織與性能有重要影響。如何在熱處理工藝中協(xié)調(diào)好鉻鉬鋼組織與性能的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)材料利用率與實(shí)踐應(yīng)用性的提高，成為材料應(yīng)用過程中關(guān)注與研究的重點(diǎn)[1]。35CrMo和42CrMo經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砑庸ず?，鋼的組織會發(fā)生轉(zhuǎn)變，達(dá)到預(yù)期的綜合力學(xué)性能要求，傳統(tǒng)的熱處理工藝包括正火熱處理、退火熱處理、淬火熱處理和回火熱處理。

一、正火熱處理

正火是—種改善鋼材韌性的熱處理。將鋼構(gòu)件加熱到Ac3溫度以上30～50℃后，保溫一段時間出爐空冷。主要特點(diǎn)是冷卻速度快于退火而低于淬火，正火時可在稍快的冷卻中使鋼材的結(jié)晶晶粒細(xì)化，不但可得到滿意的強(qiáng)度，而且可以明顯提高韌性(AKV值)，降低構(gòu)件的開裂傾向。

王澤華等采用正交試驗(yàn)法研究正火溫度對材料力學(xué)性能的影響程度，并進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證。經(jīng)過測試，結(jié)果表明正火工序起到均勻組織、細(xì)化晶粒的作用，可以提高工件的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。王貞等采用不同的熱處理工藝對鐵素體-珠光體耐熱鋼的性能和組織進(jìn)行了分析試驗(yàn)，通過力學(xué)性能測試和光學(xué)顯微鏡觀察，結(jié)果表明正火工藝使組織分布均勻，珠光體中片狀滲碳體將鐵素體分開，有效阻止形變的發(fā)生，使材料強(qiáng)度和塑韌性得到提高。

二、退火熱處理

退火是一種將鋼加熱到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，保溫以后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝[2]。研究表明，35CrMo和42CrMo屬于亞共析鋼，故采用完全退火，將35CrMo和42CrMo加熱到Ac3以上30℃，保溫一定的時間后緩慢冷卻。工件在退火溫度下的保溫時間不僅要使工件心部達(dá)到要求的加熱溫度，而且要保證全部得到均勻化的奧氏體，完全退火的保溫時間根據(jù)工件的有效厚度來計算。35CrMo和42CrMo經(jīng)過完全退火后，原鑄件中的粗大組織得到細(xì)化，使碳析出，減少基體的含碳量，將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，從而可以消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度和提高切削加工性能。

肖洋[3]等觀察42CrMo圓鋼熱軋以及退火后顯微組織，分析造成硬度偏高的關(guān)鍵原因，完全退火后顯微組織更加均勻，更趨于平衡組織，試樣的退火硬度值為187HB，滿足國標(biāo)規(guī)定，為保證鋼材具有良好的綜合性能，采用完全退火工藝。峰山等分析42CrMo鋼的成分并采用退火熱處理工藝進(jìn)行預(yù)處理，將試樣加熱到950℃，保溫1.0h后隨爐冷卻，有效消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，改善成分和組織的不均勻性和調(diào)整鋼的力學(xué)性能和工藝性能，為后序的淬火工藝做好組織性準(zhǔn)備。

三、淬火熱處理

淬火是一種將鋼加熱到高溫下保溫，使鋼的組織處于奧氏體狀態(tài)，然后驟冷使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而大幅度提高鋼硬度的熱處理方法。35CrMo和42CrMo的淬火溫度在A3相變點(diǎn)以上50℃-100℃。淬火溫度過低，馬氏體轉(zhuǎn)變不均勻，得不到正常淬火組織；淬火溫度過高，奧氏體晶粒粗大化，發(fā)生氧化脫碳，降低鋼的硬度和耐磨性。研究表明，最佳淬火溫度應(yīng)根據(jù)淬火鋼成分的不同而確定。

同時，淬火加熱時間也很重要，加熱時間過短或過長會造成與加熱溫度不合適同樣的后果。一般情況下，35CrMo和42CrMo的淬火加熱時的升溫速度不高于100℃/h，以獲得均勻的奧氏體組織。保溫時間根據(jù)有效截面厚度每25 mm/h 來計算，以完成奧氏體轉(zhuǎn)變、成分均勻化以及析出二次碳化物。35CrMo和42CrMo的淬火溫度均在800℃以上，屬于高溫淬火。故35CrMo和42CrMo采用油冷，在馬氏體轉(zhuǎn)變起始點(diǎn)以下時，冷卻速度盡量緩慢，確保奧氏體不達(dá)到分解的冷卻速度，而達(dá)到馬氏體轉(zhuǎn)變的冷卻速度，以減少組織轉(zhuǎn)變的應(yīng)力。

劉軍剛[4]等對厚規(guī)格35CrMo鋼板進(jìn)行熱處理加工，在經(jīng)過不同溫度的淬火后，得出鋼在850 ℃淬火時，奧氏體化完全的結(jié)果，奧氏體中含碳提高，完善淬火性能，形成了馬氏體和貝氏體，由硬度測試結(jié)果可知，淬火加熱溫度高，淬火組織硬度大，滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。Abbaszadeh等超高強(qiáng)度鉻鉬鋼在910℃奧氏體化40分鐘后，采用三種淬火方式，經(jīng)過顯微組織檢測后，在330℃的鹽浴中淬火得到下貝氏體，由于原始奧氏體晶粒被下貝氏體分隔而導(dǎo)致強(qiáng)度增加，故形成下貝氏體的樣品擁有良好的屈服強(qiáng)度，極限拉伸強(qiáng)度，伸長率和夏比V型缺口沖擊能。

四、回火熱處理

回火是指將淬火鋼在低于共析溫度下加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s到室溫的工藝過程[2]。經(jīng)過回火，碳化物從淬火鋼中的馬氏體中析出，硬度高和脆性大的淬火馬氏體轉(zhuǎn)變成韌性良好的回火組織。

楊棟杰[5]對35CrMo鋼熱處理工藝進(jìn)行了優(yōu)化，最后將其最優(yōu)工藝制度定為850℃保溫50 min(油淬)，再進(jìn)行540℃回火保溫40 min(水冷)。在此熱處理工藝制度下，回火索氏體晶粒度達(dá)到9級，塑性韌性良好，性能穩(wěn)定。陳俊丹等分析了不同的回火溫度對淬火后的42CrMo鋼沖擊韌性的影響，得出在500-600℃之間回火后，隨著回火溫度的升高，沖擊韌性顯著提高的結(jié)果。高溫回火后的組織為回火索氏體，滲碳體從片層狀逐漸轉(zhuǎn)化為顆粒狀彌散分布，馬氏體回火逐漸充分，基體逐漸軟化，故沖擊韌性顯著提高。

五、結(jié)語

中碳鉻鉬鋼是一種強(qiáng)度高、淬透性好、韌性好且無回火脆性的合金結(jié)構(gòu)鋼，通過不同的熱處理工藝加工，控制熔融碳數(shù)量及非均勻奧氏體化域的碳組分變化，中碳鉻鉬合金鋼可以更好的發(fā)揮其性能，最終提高產(chǎn)品質(zhì)量，大幅度延長機(jī)器的使用壽命，在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)使用價值。