42CrMo鋼車軸熱處理工藝

2021-10-11 06:52:08薛振峰張勤帥王艷芳高曉文

機械工程與自動化 2021年5期

張斌，薛振峰，鄭毅，張勤帥，王艷芳，高曉文

(太原重工軌道交通設備有限公司，山西太原 030032)

0 引言

目前42CrMo鋼車軸市場占有率穩定，太原重工軌道交通設備有限公司接到該種材質車軸的訂單數量逐年上升，客戶對該材質車軸的各項指標也提出了嚴格的要求，車軸組織中不允許存在鐵素體，使得該種材質車軸熱處理難度加大。以往熱處理42CrMo鋼車軸，主要使用間歇性熱處理爐加熱，多軸同時淬火冷卻。為了更好地發揮本公司設備優勢，提高該材質車軸熱處理后的質量，我公司引入了國內首條懸掛式單軸調質/正火熱處理生產線，它是一條功能齊全的連續式單軸淬火車軸熱處理生產線。該生產線特點為步進式單軸淬火冷卻，相比臺車爐加熱淬火可有效地提高車軸淬透性及車軸各部位調質性能均勻性，在技術上可克服生產周期長、人為影響大的問題，實現連續式批量化生產。

1 試驗材料及方法

根據標準得知，42CrMo鋼車軸熱處理方式為正火+調質處理[1]。

1.1 車軸原材料化學成分內控

由于42CrMo鋼中C、Si、Mn、Cr、Mo化學成分范圍較寬，為了更好地滿足42CrMo鋼車軸的力學性能和金相要求，依據AISI 4140鋼對42CrMo鋼的化學成分進行內控，具體見表1。

表1 42CrMo鋼化學成分(質量分數) %

1.2 熱處理工藝的制定

該材質的理論完全奧氏體化溫度約為800 ℃[2]，初步制定以下兩條工藝：工藝一：T1(高于奧氏體化溫度)加熱，然后直接入油淬火60 min～80 min，T2(低于奧氏體化溫度)回火；工藝二：(T1+40 ℃)正火，(T1+10 ℃)淬火加熱，雙液淬火后(T2+50 ℃)回火。

1.3 車軸熱處理后性能指標及組織

車軸熱處理后性能指標要求見表2。表2中的沖擊試驗采用Ku2沖擊(J)，5 mm缺口。

表2 車軸性能指標

車軸熱處理后晶粒度≥5級、組織為回火馬氏體/貝氏體，不允許出現鐵素體。

2 試驗階段

2.1 熱處理工藝開發過程

2.1.1 車軸首次熱處理檢驗

為了加快開發進度，分別按工藝一、工藝二對車軸進行熱處理，熱處理后延長體力學性能試驗結果見表3，延長體金相結果見表4。

表3 首次熱處理后力學性能試驗結果

根據表3、表4結果可知:按工藝一熱處理后的性能指標雖然滿足標準(表2)要求，但是晶粒度結果(6級)偏低，組織為回火馬氏體+回火貝氏體+少量鐵素體(約為5%)，不滿足標準(回火馬氏體+貝氏體)要求；按工藝二熱處理后的性能指標和晶粒度、組織結果均滿足標準要求，但是屈服強度為553 MPa，僅僅高出標準要求43 MPa(標準要求值為≥510 MPa)，富裕量較小，抗拉強度770 MPa，接近標準要求下極限值(730 MPa)。綜上所述，工藝二各項性能指標優于工藝一，且按工藝二熱處理后車軸組織滿足標準要求。經工藝一處理的車軸雖然力學性能和晶粒度滿足標準要求，但是顯微組織不滿足標準要求，主要是由于使用“油”為淬火介質，較工藝二其冷卻速度較慢，在淬火過程中容易產生少量鐵素體。