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對出現(xiàn)異常組織的42CrMo鋼鍛坯進(jìn)行了正火、調(diào)質(zhì)處理，觀察其經(jīng)不同熱處理工藝后的金相組織、力學(xué)性能變化。通過分析試驗(yàn)結(jié)果，研究預(yù)處理對該材質(zhì)毛坯中異常組織的改善程度，為保證后續(xù)熱處理質(zhì)量及使用性能奠定基礎(chǔ)。

 

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。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。本文通過制定幾種熱處理方案，根據(jù)理化檢測結(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

 

1. 化學(xué)成分分析

 

試驗(yàn)材料為42CrMo鋼鍛坯，按GB/T3077—2015《合金結(jié)構(gòu)鋼》中高級優(yōu)質(zhì)鋼要求驗(yàn)收，經(jīng)SPECTROLAB光譜儀檢測，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. 金相檢測

 

對該鍛坯進(jìn)行原材料入庫金相檢測，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)鋼低倍組織缺陷評級圖》、GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定》等規(guī)定評定其低倍組織缺陷與非金屬夾雜物級別，其宏觀形貌如圖1所示，顯微組織如圖2所示，檢測結(jié)果見表2。

 

 

圖1鍛坯試樣低倍檢驗(yàn)（1:1工業(yè)鹽酸熱蝕）

 

 

a)粗大網(wǎng)狀鐵素體

 

 

b)部分視場組織為索氏體

 

 

c）部分視場組織為珠光體+少量貝氏體、鐵素體    

 

 

   d）部分視場組織粗大

 

圖2 鍛坯試樣金相組織

 

表2 鍛坯取樣金相檢測結(jié)果

 

 

3. 力學(xué)性能檢測

 

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，結(jié)果見表3。

 

表3 鍛坯力學(xué)性能檢測結(jié)果

 

 

4. 熱處理方案與理化檢測結(jié)果比對

 

根據(jù)理化檢測結(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鹛幚怼檠芯吭牧辖M織對最終熱處理（調(diào)質(zhì)）的影響，驗(yàn)證各種熱處理工藝對原材料質(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，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；

 

 

圖3 正火（880℃空冷）后組織  

 

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；

 

 

 圖4 調(diào)質(zhì)（860℃油冷、610℃空冷）后組織

 

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

 

3結(jié)束語

 

鍛坯中產(chǎn)生的異常組織通常是由于鍛造時(shí)溫度過高，晶粒急劇長大，鍛打時(shí)也未能細(xì)化晶粒而造成組織遺留。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)在原材料入庫階段應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)金相檢測，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)狀鐵素體的存在對基體組織有割裂性，在淬火過程中會引起淬火裂紋，導(dǎo)致熱處理過程中產(chǎn)品失效。