42CrMoVNb鋼的熱處理工藝優化及力學性能

韓貴生, 張學敏, 李海濤, 樊帥奇, 戴姣燕, 徐金富,

(1. 長安大學 材料科學與工程學院, 陜西 西安 710061; 2. 寧波工程學院 材料與化學工程學院, 浙江 寧波 315211)

近年來,高強度螺栓朝著更高等級的方向發展。目前,研發14.9級高強度螺栓已成為研究熱點,其技術指標為硬度44～47 HRC、抗拉強度1400～1500 MPa、屈服強度≥1300 MPa、屈強比≥0.9、斷后伸長率≥8%、斷面收縮率≥44%和-20 ℃低溫沖擊吸收能量≥27 J[1-2]。由于強度等級提高,12.9級高強度螺栓常用的42CrMo鋼已不能滿足其性能要求[3]。鋼鐵研究總院研發的ADF鋼在1300 MPa級強度下韌性和耐延遲斷裂性能較42CrMo鋼相比得到大幅度的提升[4]。王磊等[5]選用自主設計的42CrMoVNb鋼-NJ鋼用于制作14.9級高強度螺栓,取得了較好的效果。燕友增等[6]研究了淬火和回火溫度對42CrMoVNb鋼韌性的影響,指出韌性不受彌散強化的影響,而與Mo和V碳化物的共格析出有關,可以通過提高回火溫度大幅度提升材料的韌性。本文選用42CrMoVNb鋼棒料,通過優化熱處理工藝方案,使其力學性能滿足14.9級高強度螺栓的技術指標要求,為研發14.9級高強度螺栓提供材料依據。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗用鋼為42CrMoVNb鋼熱軋態棒料,其化學成分如表1所示[8]。硬度試樣尺寸為φ20 mm×20 mm;按照GB/T 3098.1—2010《緊固件機械性能 螺栓、螺釘和螺柱》及GB/T 228.1—2021《金屬材料 拉伸試驗 第1部分:室溫試驗方法》制作標準拉伸試樣,尺寸為φ16 mm×200 mm;按照GB/T 3098.1—2010中9.14節和GB/T 2975—2018《鋼及鋼產品 力學性能試驗取樣位置及試樣制備》制作標準夏比V型缺口沖擊試樣,尺寸為10 mm×10 mm×55 mm,V型槽深2 mm。

表1 42CrMoVNb鋼的化學成分(質量分數,%)[8]

1.2 試驗方法

利用MFLC-7/12箱式馬弗爐進行單因素淬火+回火試驗,并用L9(34)正交試驗法優化熱處理工藝參數,試驗采用到溫裝爐方式,淬火冷卻方式為油冷(OC),淬火介質為DN QUENCH B淬火油,回火冷卻方式為空冷(AC)。……