40Cr热处理工艺剖析

1、描述：众所周知， 40cr 是一个比较成熟的钢种，但由于各个钢厂生产的40cr，虽然化学成分都在合格范围之内，可仍有上下限的差别和冶炼方法的区别，因此在热处理时也应有所不同。我们购买的40cr 来自首钢、杭钢和 . 摘要：金属材料热处理是机械加工制造的重要环节，热处理的结果直接影响机械零部件的性能及寿命， 如果热处理掌握不好， 可能造成设备故障率高、 维修率 高，甚至造成重大安全事故。文章通过不同的淬火温度、回火温度对40cr进行热处理， 通过处理后的出现的问题及对数据和金相组织分析，最终确定最合理的热 处理参数及工艺。关键词：热处理； 40cr；热处理参数众所周知， 40cr是一个比较成熟的

2、钢种，但由于各个钢厂生产的40cr，虽然化学成分都在合格范围之内，可仍有上下限的差别和冶炼方法的区别，因此在热处理时也应有所不同。我们购买的40cr 来自首钢、杭钢和承钢三个钢厂，它们的化学成分均不尽相同， 为此必须先进行试验， 以确定合理的热处理工艺。本文仅对杭钢产 40cr 的热处理试验与生产作总结说明，供参考。1 40cr 钢的基本情况1.1 40cr 的化学成分（ % ）1.2 40cr 的部分物理性能密度： 7.87 克/cm3；熔点： 1400临界点： ac1 ：747、ac3 ：784、ar3：729、ar1：6741.3 40cr 的力学性能当 850油淬， 520回火，油冷时

3、力学性能为：，mpa ，mpa ，% ，% akv ，j 980 785 9 45 47 2 材料来源与化学成分材料是杭钢生产的规格为 756000mm 的棒料，其化学成分如下 （表 1）：表 1 杭钢生产的 40cr 的化学成分（ % ）3 热处理设备情况淬火炉两台：km350/13内膛尺寸 1500600600mm ； km540/13内膛尺寸 1200700450mm ，两台淬火炉均为2010 年制造，德国生产。回火炉两台：型号分别为：rq4-105-9d滴控井式回火炉， rjj-36-6 井式回火炉。洛氏硬度计： hr-150a型洛氏硬度计，山东莱州华银制造，2011 年出厂。4 40

4、cr 材料尺寸及热处理后硬度要求零件尺寸： 73（外圆） / 22（内孔） 340mm （长度）热处理后的硬度要求：在直径为 58.5mm处的硬度为 hrc36 42，每隔 120打一点，共三点。5 对杭钢 40cr零件的热处理试验5.1 热处理试验淬火和回火的装炉量均为36 根，淬火介质和回火介质均为自来水，水温1530，淬火和回火的装炉温度均为100左右，淬火从送电到到温时间为 120 分钟，从到温到出炉为3 小时，回火从送电到到温90 分钟，从到温到出炉为 3 小时，科学技术与工程投稿 下表是不同淬火温度及不同回火温度处理后材料硬度。5.2 数据分析不同淬火温度在同一回火温度下硬度不同，

5、同一淬火温度下， 不同的回火温度硬度也不同，相同的淬火温度和相同的回火温度硬度相差很小，经过多炉试验，测得在规定处的硬度hrc38 43，符合要求，而且硬度较稳定。同时在零件横截面沿半径方向做了硬度分析，发现横截面的淬火硬度 （沿半径方向）由外向内的规律是高 - 低- 较高，说明外侧比内孔处的冷却效果好些，内孔处比半径的中心处冷却强度大。表 2 不同淬火温度及不同回火温度处理后材料硬度6 金相检验6.1 金相检验内容观察不同淬火温度和调质状态下不同位置的组织；1#样 890淬火马氏体及其他组织、晶粒度；2#样 860淬火马氏体及其他组织、晶粒度；3#样 860淬火 +440回火，回火索氏体及其

6、他组织。6.2 试验结果1#样 890淬火边缘处：细针马氏体 +少量板条马氏体 +少量残余奥氏体，边部有脱碳层；中心处：细针马氏体+少量板条马氏体 +少量上贝氏体 +少量残余奥氏体；内部处：板条马氏体+上贝氏体 +少量细针马氏体 +少量残余奥氏体。2#样 860淬火边缘处：细针马氏体 +少量板条马氏体 +少量残余奥氏体；中心处：细针马氏体 +板条马氏体 +少量上贝氏体 +少量残余奥氏体；内部处：上贝氏体+板条马氏体 +细针马氏体 +少量残余奥氏体。3#样 860淬火 +440回火边缘处：回火索氏体；中心处：回火索氏体+少量上贝氏体；内部处：回火索氏体+上贝氏体 +少量铁素体。此结果表明：（1）

7、890淬火的组织是以细针马氏体和板条马氏体为主，所以从边缘到中心部位表现出高硬度，说明已经淬透。（2）860淬火组织，边缘处和中心处以细针马氏体和板条马氏体为主，内部处则以上贝氏体和板条马氏体为主，说明边缘处和中心处已经淬透， 而内部处尚未完成淬透，或者说基本淬透。（3）860淬火 +440回火时，边缘处、中心处、和内部处都是以回火索氏体为主，由于内部处有铁素体的存在，致使该处的硬度有所降低， 但基本符合要求。部分金相照片如下（见图1）图 1 890淬火、860淬火时中心处和内部处及860淬火 +440回火中部区域的金相组织7 出现的问题在前期的一些试验中，发现本批杭钢生产的40cr 热处理后

8、有时硬度不符合要求，并且在试验中发现890水淬有大小不等的裂纹，且数量较多，860水淬有时也有少量小裂纹，这些裂纹主要分布在内孔处，裂纹多为纵向。7.1 硬度达不到要求的原因化学成分处于中下限水平，使钢的淬透性有所降低，因为cr 和 c都是提高淬透性的合金元素；加热温度低时（如800），不能充分奥氏体化，使淬火马氏体量减少，硬度降低；加热温度过高时（890），虽然能充分形成马氏体，可使硬度提高，但易淬裂；同一位置硬度不均，除测量误差外，可能与钢的成分偏析有关，应从冶炼工艺上考虑。7.2 出现裂纹的原因裂纹的产生严重地影响成品的合格率，使成本大大增加。 裂纹的产生是由于淬火温度高，并用水作淬火剂及水的强烈搅动（淬火烈度高）所造成的。当符合上述条件时，钢件便会产生内应力（热应力和组织应力），使得零件受力出现裂纹。8 结论与建议为使杭钢产 40cr 达到规定的硬度要求，经多次试验，确定其热处理工艺为：淬火 860保温 2h水冷回火 430440保温 h水冷金相检验表明， 当金相组织以针状马氏体和板条状马氏体为主时，说明钢件已经淬透， 若有较多的上贝氏体和残余奥氏体时，则钢件没有淬透。 当回火后有较多的铁素体存在时， 则回火后的硬度就会降低。 因此当淬火温度确定之后， 可以调整回火温度，以达到所期待的硬度。裂纹的产生是淬火温度高， 淬