Al含量對42CrMo鍛件沖擊吸收功的影響

陳先毅

(二重集團(德陽)重型裝備股份有限公司，四川618013)

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Al含量對42CrMo鍛件沖擊吸收功的影響

陳先毅

(二重集團(德陽)重型裝備股份有限公司，四川618013)

對不同Al含量的42CrMo鍛件進行了晶粒度檢查和沖擊試驗，結果表明，Al含量較高的鍛件晶粒度較高，而Al含量較低的鍛件沖擊吸收功較高。

Al含量；42CrMo；晶粒度；沖擊吸收功

42CrMo鋼因其經濟性和較好的綜合力學性能在國內外得到廣泛應用，適合制造截面較大、受力要求較高的零部件(如各種軸、齒輪、活塞桿等)。沖擊韌性是鋼材的重要指標之一，尤其是在苛刻的使用環境下，對沖擊韌性的要求非常高。通常認為Al在鋼中形成AlN、Al2O3顆粒可起到細化晶粒的作用，而細化晶粒可提高韌性[1-2]。但另一方面，AlN、Al2O3顆粒也被認為是夾雜物，對韌性不利[1]。本文研究了不同Al含量的42CrMo鋼鍛件的沖擊韌性，為實際生產提供一些參考。

1　試驗材料制備工藝

從產品上切取兩種不同化學成分的試棒，其制備流程如下：冶煉→鍛造→鍛后熱處理→工件上切取試棒→對試棒進行調質處理。其中，冶煉的具體過程為：電爐粗煉鋼水→鋼包爐精煉→真空鑄錠(錠型為67 t，化學成分見表1)。鋼錠在120 MN的自由鍛壓機上鍛制成型后進行鍛后熱處理，鍛后熱處理工藝為正火+回火。在經過鍛后熱處理的1#、2#工件上按圖1分別切取試棒(相應地也標記為1#、2#)，試棒切下后進行調質處理，調質工藝如圖2所示。試棒經調質后分別加工成25 mm×25 mm×25 mm的金相試樣和10 mm×10 mm×55 mm的夏比V形缺口沖擊試樣。

2　晶粒度檢查和沖擊試驗

按照GB/T 6394—2002《金屬平均晶粒度測定方法》在Leica DMI500型金相顯微鏡上進行晶粒度檢查，按照GB/T 229—1994《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》在JBN—500型擺錘式沖擊試驗機上進行沖擊試驗，并且測試了不同溫度對沖擊吸收功的影響。試驗結果見表2。

3　試驗結果分析

3.1晶粒度

Al在鋼中形成細小分散的AlN、Al2O3，能夠在1 100℃范圍內阻止奧氏體晶粒長大，從而實現細化晶粒的作用[3]。只要鋼中實際結合成AlN的Al超過0.007%，就可保證良好的晶粒細化效果[1]。42CrMo鋼中的Al與O、N的親和力最強，當鋼中存在O、N時將優先與Al結合。Al與N、O的理想化學配比分別為1.93和1.13[3]。按照該化學配比，在1#試樣中Al是過量的，結合成AlN的Al達到了0.011%，明顯大于保證良好晶粒細化效果所需的最低量；在2#試樣中Al是不足的，即使Al全部結合成AlN，其量也只有0.005%，明顯小于保證良好晶粒細化效果所需的最低量。從表2可以看出，1#試樣平均晶粒度為6.5級，2#試樣平均晶粒度為5.5級，這反映了Al在細化晶粒上的效果。但與已檢測出的Al的細化晶粒結果[1，4]為8～9級甚至10級的晶粒度相比，差距很大。原因可能是由于研究所用的試料來自67 t鋼錠鍛造的大鍛件上，在鋼錠制備時冷凝過程中冷卻速度受限，對AlN、Al2O3的粒度和分布產生影響的結果。

表1　鑄錠化學成分(質量分數，%)

圖1　試棒切取示意圖

圖2 試棒調質工藝

表2　不同溫度下的沖擊吸收功和平均晶粒度試驗結果

3.2沖擊吸收功

表2中數據顯示，2#試樣的沖擊吸收功在各溫度條件下均明顯高于1#試樣。1#試樣和2#試樣在各溫度下的沖擊功平均值和增量值見表3。從表3可以看出，溫度越低，2#試樣沖擊吸收功較1#增加越多。

表3　不同溫度下的1#、2#試樣沖擊功對比

在一定溫度下，影響鋼的沖擊吸收功的主要因素是化學成分和組織狀態[2]。對比1#、2#試樣的化學成分得出，除Al外，其他元素化學成分均處于同一水平。對沖擊吸收功有利的Ni元素，1#試樣略多于2#試樣，而對沖擊吸收功不利的P、S、As、Sn、Sb，1#試樣的總量略少于2#試樣。對于組織狀態，因對熱處理組織轉變影響較大的C、Cr、Mo、Mn等含量基本相同，且熱加工工藝相同，1#試樣與2#試樣的組織狀態應基本相同。綜合分析，認為導致1#試樣沖擊吸收功小于2#試樣的原因是其Al含量高于2#試樣。

Al在鋼中形成的AlN、Al2O3顆粒雖然能夠通過細化晶粒而提高沖擊吸收功，但同時AlN、Al2O3顆粒是脆性夾雜物，又會降低沖擊吸收功。通過試驗證明，在Al含量對42CrMo鍛件沖擊功的影響上，不利因素起到了主導作用，導致了1#試樣沖擊吸收功明顯小于2#試樣。

4　結論

(1)Al含量為0.018%的42CrMo鍛件晶粒度較Al含量為0.005%的42CrMo鍛件晶粒度高1級，這說明Al的加入可以起到細化42CrMo鍛件晶粒度的效果，但并不顯著。

(2)Al在42CrMo鍛件中形成的AlN、Al2O3顆粒對沖擊吸收功尤其是低溫的沖擊吸收功不利，這種不利影響超過了其細化晶粒而提高沖擊功的作用，最終導致Al含量較高的42CrMo鍛件的沖擊吸收功較低。

[1]陳家祥.煉鋼常用圖表數據手冊(第二版)[M].北京：冶金工業出版社,2010：872,888.

[2]王從曾.材料性能學[M].北京：北京工業大學出版社,2004：62,63.

[3]干勇,田志凌，等.中國材料工程大典 第二卷 鋼鐵材料工程(上)[M].北京：化學工業出版社,2006：305,36.

[4]杜義,趙鵬，等.微量鋁對20Mn1A電渣鋼低溫沖擊韌性的影響[J].特殊鋼,1998,19(5):21.

編輯杜敏

Influence of Aluminum Content on Impact Absorbing Energy of 42CrMo Forgings

Chen Xianyi

The examination of grain size and the impact test of 42CrMo forgings with different aluminum contents have been performed. The results show that the grain size of forgings is higher with higher aluminum content; however, the impact absorbing energy of forgings is higher with lower aluminum content.

aluminum content; 42CrMo; grain size; impact absorbing energy

2015—12—11

TG115.5+6

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