42CrMo4 電機軸鍛圓熱處理性能研究

喬小梅

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003）

電機需要有較高的瞬時功率和功率密度，同時由于電動機需要變速工作，要求電機應該在高低轉速下都有高的效率，除此之外電機還應該有著很強的過載能力，大的啟動轉矩，轉矩的響應要迅速，因此對電機軸提出很嚴的要求，需要更好強度和韌性。由于型材廠無專用的熱處理淬火設備，只能用現有的大型退火爐及現場簡易水池進行熱處理，因沒有成熟的熱處理工藝方案借鑒，需制定和摸索出合理的熱處理工藝方案才能滿足電機軸用42CrMo4 鍛圓性能要求。

1 42CrMo4 技術要求

結合電機軸運行條件，專用技術條件中規定鍛圓的性能、組織，且要求沖擊（縱向）-40 ℃性能，沖擊力數據嚴于歐標EN 10083-3：2006 標準第三部分合金鋼的交貨技術條件[2]沖擊（縱向）常溫要求。

1.1 力學性能

經熱處理后電機軸鍛圓的拉伸和沖擊試驗數據分別符合表1 和表2 的指標。

表1 拉伸和沖擊性能

1.2 晶粒度

鍛圓經850 ℃淬火水冷后晶粒度6～8 級，最大不連續晶粒不超過5 級。

2 小試樣熱處理工藝試驗

采用小試樣（Ф25 mm）進行熱處理工藝的摸索，由于小試樣和大樣性能存在較大的差異，為縮小性能數據差距（小樣油冷、大樣水冷），小試樣淬火選用油淬冷卻方式，同時沖擊功檢驗常溫沖擊功，因此選用850 ℃油淬，經四組不同回火溫度進行試驗。試料淬火后在室溫靜止空氣中冷卻，回火保溫0.5 h，室溫空冷。由表2 和圖1 可知，采用不同淬火回火溫度時，性能隨回火溫度升高抗拉強度和屈服強度降低，隨回火溫度升高伸長率和斷面收縮率逐漸升高，但在630 ℃時塑性及韌性指標均合格，但強度仍高于標準要求范圍，660 ℃回火后塑韌性匹配良好，所以采用850 ℃淬火+660 ℃回火熱處理工藝最佳。

表2 小試樣（Ф25 mm）熱處理工藝試驗

圖1 不同熱處理工藝的小試樣性能

3 鍛圓整體熱處理工藝試驗

根據技術條件要求，結合小試樣熱處理結果,在型材2.5 m×8 m 臺車式退火爐中對240 圓鍛材進行850 ℃淬火，600～660 ℃不同溫度回火，進行了五組不同回火溫度進行試驗，鍛圓加熱到850 ℃溫度保溫4 h 后淬火水冷20 min，然后在室溫靜止空氣中冷卻，回火保溫后室溫空冷。經采用不同熱處理工藝后的性能對比見表3 和圖2，從表3 可看出，沖擊功受回火溫度影響非常大（尤其是由常溫轉為-40 ℃），當回火溫度不斷提高，強度下降的同時，沖擊功數值逐漸提高，采用850 ℃淬火＋640 ℃×6 h 回火的熱處理性能最佳。

表3 240 圓鍛圓熱處理工藝試驗

圖2 不同熱處理工藝的大樣性能

4 金相組織

鍛圓經850 ℃保溫1.5 h 水冷后，按ASTME112標準檢驗，晶粒度為6～7 級，完全可滿足標準6～8 級晶粒度要求，因鍛造僅采用拔長，帶狀組織較明顯，見圖3。

圖3 鍛圓晶粒度

5 結語

42CrMo4 鍛圓通過小樣與大樣熱處理工藝試驗，得出鍛圓整體熱處理最佳工藝為850 ℃淬火+640 ℃回火，組織為回火索氏體，組織均勻、晶粒細小，滿足電機軸的技術條件要求。