热处理方式对40CrNiMoA冲击性能的影响

王淑婧 刘锦滔 肖 杰 王 庆 黄炎睿 严 烽

(东方电气集团东方汽轮机有限公司，四川618000)

材料40CrNiMoA是一种优质调质钢，具有良好的综合力学性能，多用于瓦块、垫片、螺母等零件，零件结构锻件毛坯多以饼类、大截面圆柱类毛坯为主。经过长期生产，发现该材料性能热处理后冲击性能不合格，造成大批量毛坯返工或报废。因此，有必要对该材料锻件进行热处理工艺优化，提高冲击性能合格率。

1 试验内容

1.1 锻造

为了保证圆钢完全透烧，锻造时采用三段式加热，锻造加热曲线见图1，始锻温度1150℃，锻后灰冷。锻后试样尺寸为∅293 mm×150 mm，晶粒度7.0级。

图1 锻造加热曲线Figure 1 Forging heating curve

1.2 热处理

在调质之前，锻件材料40CrNiMoA需要正火处理，使组织均匀，防止混晶现象的出现，保证调质后的力学性能。

1.2.1 淬火冷却方式对冲击性能的影响

将工件加热至临界温度以上，保温一定时间后使之奥氏体化，以大于临界冷却速率进行冷却，得到马氏体组织。工件截面尺寸较大时，淬火过程中工件心部冷却速率不够，使心部组织未发生充分转变，影响性能热处理后的冲击性能。因此，淬火后采用水淬、水淬油冷进行对比试验，见表1中试样编号1-1#和1-2#。

1.2.2 回火冷却方式对冲击性能的影响

由于工件有效截面尺寸较大，在回火冷却过程中表面和心部冷速相差较大，使淬火时遗留下的残余奥氏体向贝氏体转变，引起冲击韧性下降。则回火后采用油冷，加快回火冷却速率。采用不同回火冷却方式进行对比试验，见表1中试样编号2-1#和2-2#。

表1 不同淬火和回火冷却方式试验

2 试验结果及分析

2.1 不同淬火冷却方式对冲击性能的影响

为了得到淬火冷却速率对冲击性能的影响，淬火后分别采用水淬油冷、水淬的冷却方式。试验结果见表2中试样编号1-1#和1-2#，金相组织见图2(a)和图2(b)。

表2 室温力学性能及金相组织检测结果Table 2 Test results of mechanical properties and metallographic structures at room temperature

表3 不同取样方向的力学性能检测结果Table 3 Test results of mechanical properties in different sampling directions

(a)1-1#试样(b)1-2#试样(c)2-1#试样(d)2-2#试样

图2 金相组织
Figure 2 Metallographic structures

图3 取样图
Figure 3 Sampling drawing

从表2试验结果可知，水淬油冷后仍有个别冲击值低于目标值，水淬时各项力学性能显著提高。

2.2 不同回火冷却方式对力学性能的影响

40CrNiMoA在400～450℃易产生回火脆性，为了避免产生回火脆性，应加快冷却速率，则回火后采用油冷，试验结果见表2中试样编号2-1#和2-2#，金相组织见图2(c)和图2(d)。

从试验数据可知，回火采用油冷，冲击性能均显著提高，且淬火水冷的试样强度均高于淬火油冷的试样强度。

2.3 不同取样方向对力学性能的影响

为了验证横向、切向、轴向三种取样方向对力学性能的影响，按照图3进行分割，分别检测轴向、径向、切向力学性能，试验结果见表3。

从检测结果可知，在一个试样上截取轴向、切向、横向试样，轴向性能优于其它方向。

3 结论

(1)材料40CrNiMoA冲击性能与取样方向有一定的关系，轴向性能优于其它方向；

(2)对于有效加热截面较大的工件，可通过提高淬火、回火冷却速率来提高冲击性能。但淬火水冷产生的组织应力较大，易产生开裂倾向；回火油冷，冷却过程中会产生新的应力。因此，对于变形倾向大、尺寸精度要求高的零件不推荐使用淬火水冷和回火油冷。