回火溫度對30CrMnSiA棒料拉伸性能的影響

張穎蕊 張曉 劉珂

摘 要：本問采用不同規格的30CrMnSiA棒料在淬火溫度885℃、回火溫度510℃/490℃，淬火溫度895℃、回火溫度560℃/530℃熱處理后，對試棒進行拉伸試驗，研究30CrMnSiA棒料熱處理中回火溫度對拉伸性能的影響。

關鍵詞：30CrMnSiA鋼 拉伸性能 熱處理

中圖分類號：TG142 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（b）-0080-03

30CrMnSiA鋼屬中碳調質鋼，具有較好的力學性能，良好的加工性，加工變形微小，抗疲勞能力相當好。在淬火高溫回火狀態下具有較高的強度和足夠的韌性，適用于制造航空重要鍛件、機械加工零件、鈑金件和焊接件，是飛機制造業中使用最廣泛的一種調制鋼[1]。

目前生產需要大量生產30CrMnSiA材料的機加件，同時對零件強度也有要求。為了實現30CrMnSiA熱處理方法在生產中的應用，本課題選取了三種規格30CrMnSiA棒料進行試驗，研究了材料的拉伸性能，優化了熱處理工藝，從而實現了機加件的熱處理。

1 試驗方法及條件

1.1 試驗設備

本試驗在單位內部進行，熱處理采用箱式電阻爐，拉伸試驗采用拉伸試驗機，設備均完好有效。此外對不同規格的材料成分送西部金屬材料股份有限公司進行化驗。

1.2 試驗材料及方法

本試驗材料為30CrMnSiA的棒材，規格為φ15mm、φ40mm和φ45mm。該材料的化學成分標準見表1。

熱處理試驗方法：三種規格材料各取8根制件，分a、b、c、d四組放入箱式電阻爐內進行熱處理，工藝參數設置見表2。

拉伸試驗方法：拉伸試驗在拉伸試驗機上室溫環境中進行，按標準要求取樣，取樣尺寸見圖1[2]。拉伸試驗做12組，每組兩根試樣。

2 熱處理工藝的確定

2.1 熱處理的難點

30CrMnSiA材料加工的機加件多為受力件，對拉伸強度要求是一項關鍵技術指標，而在加工過程中材料進行的熱處理工序質量，在后續檢驗時不易測量，需要在加工前確認熱處理工藝。采用熱處理主要有兩項技術難點。

（1）熱處理過程中可能因材料不合格導致材料形成新的內部缺陷。

（2）熱處理過程中在加熱爐內應保證均勻加熱并熱透零件。

2.2 30CrMnSiA材料的檢驗

本次選取的三種規格30CrMnSiA的材料化學成分含量如表3所示，對照表1可以看出材料均合格。

2.3 熱處理參數的選定

熱處理參數主要有淬火溫度及保溫時間、介質、回火溫度及保溫時間，熱處理之前根據材料的種類、直徑和零件的設計要求來選擇合適的熱處理工藝參數。

依據設計常用的σb=（1080±100）MPa和σb=（1175±100）MPa技術要求，根據30CrMnSiA材料試驗件的熱處理試驗結果，初步制定了30CrMnSiA棒料的熱處理工藝方案。經過大量試驗，選用如表2所示參數，制件熱處理后經超聲波檢測合格。

3 拉伸性能結果及分析

3.1 拉伸性能結果

根據多年生產經驗，我們單位采用熱處理溫度為890℃的數值，而近期相關人員在實際熱處理操作中發現熱處理時設備有±5℃偏差，故本次試驗采用885℃或895℃兩個淬火溫度進行分析。

拉伸性能試驗結果見表4和表5。從30CrMnSiA試棒的拉伸強度可以看出，熱處理后的強度均增強，拉伸試棒斷裂在中間區域。

3.2 回火溫度變化與材料的拉伸性能分析

根據表4繪制試棒-拉伸強度折線圖，如圖2所示。對拉伸試驗數據進行分析，有以下兩種情況。

（1）同一規格材料，a組試棒的拉伸強度低于b組試棒的拉伸強度。

（2）同一熱處理工藝，試棒拉伸強度φ15>φ40>φ45。

根據表5繪制試棒-拉伸強度折線圖，如圖3所示。對拉伸試驗數據進行分析，有以下兩種情況。

（1）同一規格材料，c組試棒的拉伸強度低于d組試棒的拉伸強度。

（2）同一熱處理工藝，試棒拉伸強度φ15>φ40>φ45。

4 實際零件的熱處理

采用如上的試驗參數 對實際零件進行熱處理，零件機加效果良好，無損檢測、硬度檢測均符合要求。

5 結語

（1）通過工藝試驗研究，可實現30CrMnSiA棒料的熱處理。

（2）該鋼淬透性不高，油淬時可以淬透直徑25mm。采用同樣的熱處理工藝，材料直徑超過25mm后隨著材料直徑的增加，材料的拉伸性能降低。

（3）拉伸試驗結果表明，30CrMnSiA材料熱處理過程中在一定范圍內降低回火溫度，保持其余工藝參數不變，可以增強材料的拉伸強度。

參考文獻

[1] 工程材料實用手冊編輯委員會.工程材料實用手冊[M].北京：中國標準出版社，2002.

[2] GB/T 228-2002，金屬材料室溫拉伸試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2002.