沈靜雯，劉衛(wèi)華

常州寶菱重工機(jī)械有限公司 江蘇常州 213019

1 序言

42CrMo是一種綜合力學(xué)性能好、淬透性能好、應(yīng)用廣泛的中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，在機(jī)械行業(yè)中常用于制造齒輪、連桿、高強(qiáng)度螺栓等重要零部件[1]。某鋼廠供42CrMo鋼鍛坯，其制造工序流程為：爐外精煉→鑄錠→鍛坯→正火。某公司采購(gòu)該批鍛坯用于制造帶鋼生產(chǎn)重卷機(jī)組中的卷取軸，最終熱處理工藝為調(diào)質(zhì)，力學(xué)性能要求為抗拉強(qiáng)度900～1100MPa、屈服強(qiáng)度≥650MPa、沖擊吸收能量≥40J；在原材料入庫(kù)檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)宏觀、微觀金相組織異常，初步判斷該鍛坯未進(jìn)行正火處理。本文通過(guò)制定幾種熱處理方案，根據(jù)理化檢測(cè)結(jié)果討論分析該鍛坯質(zhì)量改善的方法與可能性。

2 理化檢測(cè)

2.1 化學(xué)成分分析

試驗(yàn)材料為42CrMo鋼鍛坯，按GB/T 3077—2015《合金結(jié)構(gòu)鋼》中高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼要求驗(yàn)收，經(jīng)SPECTROLAB光譜儀檢測(cè)，結(jié)果見表1，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 鍛坯樣品化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

2.2 金相檢測(cè)

對(duì)該鍛坯進(jìn)行原材料入庫(kù)金相檢測(cè)，根據(jù)GB/T 13298—2015《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》要求取樣后，按照GB/T 1979—2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》、GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定》等規(guī)定評(píng)定其低倍組織缺陷與非金屬夾雜物級(jí)別，其宏觀形貌如圖1所示，顯微組織如圖2所示，檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 鍛坯取樣金相檢測(cè)結(jié)果

圖1 鍛坯試樣低倍檢驗(yàn)（1:1工業(yè)鹽酸熱蝕）

圖2 鍛坯試樣金相組織

2.3 力學(xué)性能檢測(cè)

該鍛坯按GB/T 2975—2018《鋼及鋼產(chǎn)品 力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備》要求制取樣并進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，結(jié)果見表3。

表3 鍛坯力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

2.4 熱處理方案與理化檢測(cè)結(jié)果比對(duì)

根據(jù)理化檢測(cè)結(jié)果，該鍛坯組織粗大，組織異常，力學(xué)性能較差，應(yīng)為鍛造質(zhì)量不良且未進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼鹛幚?。為研究原材料組織對(duì)最終熱處理（調(diào)質(zhì)）的影響，驗(yàn)證各種熱處理工藝對(duì)原材料質(zhì)量改善程度，制定熱處理方案，分析并提出改善措施。

現(xiàn)制定三種熱處理工藝——正火、調(diào)質(zhì)、正火+調(diào)質(zhì)對(duì)鍛坯余料進(jìn)行試驗(yàn)，分別從熱處理后的鍛件上截取試樣檢測(cè)其金相組織、力學(xué)性能，將試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較，結(jié)果見表4。

表4 三種工藝處理后的性能指標(biāo)與組織類型

經(jīng)分析與比對(duì)，經(jīng)正火后的試樣強(qiáng)度、韌性均明顯提高，組織中網(wǎng)狀鐵素體消失，如圖3所示；鍛坯直接調(diào)質(zhì)的試樣雖然消除了網(wǎng)狀鐵素體，但抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于技術(shù)要求且組織偏析明顯，如圖4所示；而經(jīng)正火+調(diào)質(zhì)的試樣不僅各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到技術(shù)要求，組織均勻性也得到明顯改善，如圖5所示。

圖3 正火（880℃空冷）后組織

圖4 調(diào)質(zhì)（860℃油冷、610℃空冷）后組織

圖5 正火+調(diào)質(zhì)（880℃空冷+860℃油冷、610℃空冷）后組織

3 結(jié)論與建議

鍛坯中產(chǎn)生的異常組織通常是由于鍛造時(shí)溫度過(guò)高，晶粒急劇長(zhǎng)大，鍛打時(shí)也未能細(xì)化晶粒而造成組織遺留[2]。同時(shí)，鍛后冷卻速度不足導(dǎo)致了網(wǎng)狀鐵素體產(chǎn)生，會(huì)嚴(yán)重惡化材料的力學(xué)性能，特別是室溫下的沖擊韌度下降。為防止粗大晶粒和網(wǎng)狀鐵素體甚至魏氏組織的產(chǎn)生，應(yīng)嚴(yán)格控制鍛造時(shí)的加熱溫度，同時(shí)必須合理控制冷卻速度。后通過(guò)正火處理可進(jìn)一步細(xì)化組織，防止網(wǎng)狀鐵素體等組織遺留。

該鍛坯未按要求進(jìn)行正火處理，后續(xù)在原材料入庫(kù)階段應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)金相檢測(cè)，保證其符合正常工藝下的組織要求。如發(fā)現(xiàn)原始組織中存在組織粗大、網(wǎng)狀鐵素體甚至魏氏組織等異常現(xiàn)象，必須在淬火前進(jìn)行正火處理，否則直接進(jìn)入淬火或調(diào)質(zhì)，得到的組織和性能不僅不能達(dá)到預(yù)期要求，甚至由于網(wǎng)狀鐵素體的存在對(duì)基體組織有割裂性，在淬火過(guò)程中會(huì)引起淬火裂紋，導(dǎo)致熱處理過(guò)程中產(chǎn)品失效。