55#鋼鍛后空冷工藝的探討

焦晶明，易龍吟，陳軍

(恩梯恩LYC(洛陽)精密軸承有限公司，河南 洛陽 471023)

55#鋼鍛件在高頻感應淬火前要求鐵素體晶粒度≥3級，為便于鍛件車削，要求硬度為13～23 HRC，因此，一般采用鍛后正火和鍛后調質工藝來實現。為了節約成本，減少工序，充分利用鍛造后的余溫，現對鍛后空冷工藝進行研究，以使空冷后的鍛件組織達到鍛后正火的組織，滿足技術要求。鍛后空冷的關鍵是冷卻速度的選擇，合適的冷卻速度能夠使鐵素體含量下降，細化晶粒尺寸[1]。下文在1 100 t熱模鍛壓力機上模擬鍛造過程，以不同的冷卻速度進行鍛后工件的冷卻試驗、分析，以優化鍛后空冷工藝。

1 試驗方案

試驗用55#鋼的化學成分見表1。試樣為Φ50 mm×100 mm的棒料，在1 100 t熱模鍛壓力機上進行試驗，采用中頻感應加熱試樣至(1 150±50) ℃后進行鍛造加工，工藝流程為：加熱→鐓粗→預成形→成形→切邊→入傳送帶→入筐。終鍛溫度控制在850 ℃以上，然后通過控制風量大小、水霧強弱、傳送帶的速度等，分別按不同的冷卻方式(表2)控制入筐溫度(終鍛溫度)。每種冷卻方式下取樣3個，全部經過切割、金相研磨、拋光、浸蝕后在顯微鏡下進行組織觀察，并采用金相評級軟件對晶粒度進行評級，同時采用洛氏硬度計(HR-430MR測量儀)對試樣進行硬度測定。

表1 55#鋼的化學成分 w，%

表2 不同冷卻方案

2 試驗結果及分析

對3種方案下的9個試樣依次編號，經切樣分析晶粒度如圖1所示。終鍛溫度、晶粒度、硬度見表3。

圖1 試樣組織形貌

從試驗結果可以看出，加大鍛造后的冷卻速度可以起到細化鐵素體晶粒的作用，這是因為利用結晶生核、長大現象進行晶粒細化時，隨著溫度的降低，鐵素體首先在奧氏體晶粒邊界處析出，隨著溫度的慢慢冷卻，鐵素體晶粒慢慢長大，當兩個晶粒邊界重合時，晶界能降低，隨著晶粒的不斷長大，兩個晶粒就變成一個晶粒，此時如果提高鋼材的冷卻速度，就能很好地抑制鐵素體晶粒的長大趨勢，起到細化晶粒的作用[2]。隨著晶粒的細化，鍛件的硬度也呈現增大趨勢，晶粒度級別越高，材料硬度越高[3]。

3 結束語

對于55#中碳鋼來說，鍛造后冷卻速度與晶粒的細化程度和硬度存在一定的關系，加快終鍛溫度至600 ℃的冷卻速度，可以實現鐵素體晶粒度≥3級，硬度達到13～23 HRC的要求。