35Cr3NiMoA鋼件的熱處理工藝改進

朱曉英，莊明輝，王麗華，宋瑞華，錢曉亮，劉典富，單利劍

(黑龍江北方華安工業集團有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161046)

某產品一重要零件，材料為35Cr3NiMoA鋼。由于該鋼種的淬透性好，采用油淬就可完全淬透，從而使鋼件整個截面均得到很高的強度與硬度，并保持一定的韌性。根據產品性能和工藝性能的要求，沿鋼件軸向分布的力學性能要求不同:頭部要求高硬度;中部要求有高的綜合力學性能;尾部要求較低的硬度，以便熱處理后仍可進行切削加工。經過摸索試驗最終確定鋼件熱處理工藝流程為:沖壓→軟化退火→粗加工→淬火→檢測硬度→整體回火→檢測硬度→尾部回火→檢測硬度→整體回火→檢測硬度→精加工。經最終熱處理后，進行鋼件硬度、力學性能、裂紋傾向性檢驗，穿透試驗項目驗收。鋼件尾部回火采用感應加熱工藝，代替了采用鉛爐加熱的原工藝，改善了工作環境。

1 鋼件材料的選用

根據產品性能和工藝性能的要求，零件應有高硬度，要求鋼材必需具有足夠的沖擊韌性，因此材料選用35Cr3NiMoA中碳合金結構鋼。該鋼種的淬透性好，只需采用油淬，就可完全淬透，使鋼件整個截面均得到很高的硬度，并保持一定的韌性[1－3]。試驗用鋼件材料為35Cr3NiMoA，爐號為06-79爐，化學成分見表1，符合規定要求。

表1 35Cr3NiMoA的化學成分Table1 Chemical composition of 35Cr3NiMoA %

2 鋼件的技術要求與驗收

最終熱處理后力學性能要求有以下幾點。

1)距鋼件底部82，55 mm處的力學性能要求為:屈服強度≥690 MPa，斷面收縮率≥35%。

2)表面硬度及截面硬度(4，5點)要求見表2。

鋼件最終熱處理后，從每個爐號中選取布氏印痕直徑最小的鋼件1發，經精車外表面，并磁力探傷后，進行浸酸試驗，應無應力裂紋。

從每個爐號中選取1個鋼件，進行穿透強度試驗。若初試不合格，則加倍數量復試，復試仍不合格，則必須查出原因，重新熱處理，再作穿透強度試驗[4－5]。

3 鋼件的熱處理

鋼件工藝流程為:沖壓→毛坯軟化退火→粗加工→淬火→檢測硬度→整體回火→檢測硬度→尾部回火→檢測硬度→力學性能檢驗→精加工。

1)毛坯軟化退火。熱沖壓后的鋼件毛坯，因硬度高，需經軟化退火，以改善其切削加工性能。毛坯軟化退火工藝見表3。

2)淬火、整體回火及尾部回火見表4。

3)力學性能及金相檢測，力學性能檢測結果見表5。其中編號為79-1，79-2，79-3的金相結果一致，組織均為回火索氏體，如圖1所示。

表2 鋼件各點位置及其硬度Table2 Locations of every point of the steel part and its hardness

表3 毛坯軟化退火Table3 Blank softening annealing

表4 鋼件淬火、整體回火及尾部回火Table4 Steel quenching，tempering as a whole and tail tempering

表5 力學性能Table5 Mechanical properties

圖1 79-1，79-2，79-3 金相照片Fig.1 Metallographic images of 79-1，79-2，79-3

4)鋼件裂紋傾向性檢查:79-3 正常[6－7]。

4 鋼件的熱處理缺陷及改進

穿透強度試驗后頭部出現斷裂現象，如圖2所示。

圖2 斷裂后毛坯Fig.2 The blank after fracture

分析其出現斷裂的原因為:采用感應加熱爐進行尾部回火，鋼件表面存在加熱區段與非加熱區段間的交界帶。由于感應加熱回火時溫度梯度的變化，使鋼件體積發生熱脹冷縮的變化，造成殘余應力的存在，導致穿透強度試驗后在鋼件頭部出現斷裂現象[8－9]。

解決措施:鋼件尾部回火后增加一次全彈回火，以消除由于溫度梯度而產生的殘余應力，熱處理后力學性能合格，見表5中79-4，79-5。二者金相結果一致，組織均為回火索氏體，如圖3所示。通過穿透強度試驗，結果未出現斷裂現象，如圖4所示。

圖3 79-4，79-5金相照片Fig.3 Metallographic images of 79-4，79-5

圖4 穿透強度試驗毛坯Fig.4 Through strength test blank

5 結語

鋼件材料采用35Cr3NiMoA，經過摸索試驗，確定了鋼件熱處理工藝參數及工藝流程。熱處理后各項指標滿足了產品性能要求。采用感應加熱爐進行尾部回火，代替原工藝鉛爐加熱，工藝方式可行，同時改善了作業環境。尾部回火后增加一次全彈回火，可消除由于溫度梯度而產生的應力，確保了產品性能和產品質量。

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