風電軸承用42CrMo鋼調質工藝參數的優化

王明禮，王麗霞，陳翠麗

(洛陽LYC軸承有限公司 技術中心，河南 洛陽 471039)

偏航、變槳風電軸承的內、外套圈均采用42CrMo鋼作為原材料。由于風電軸承特殊的服役條件，用戶對其低溫沖擊功和常溫力學性能的要求越來越高。低溫沖擊功和常溫力學性能是決定風電軸承壽命及可靠性的重要性能指標，風電軸承套圈調質熱處理工藝參數則是影響它們的重要因素之一。為了進一步提高風電軸承的低溫沖擊功和常溫力學性能，深入研究了風電軸承調質熱處理的淬、回火溫度對其影響規律。采用4種不同的淬火溫度和5種不同的回火溫度組成的20種調質熱處理工藝對試驗樣圈進行試驗，獲得了風電軸承套圈調質熱處理理想的工藝參數。

1 試驗樣圈

試驗樣圈為42CrMo環形鍛件，其化學成分測試結果見表1。

表1 試樣化學成分(質量分數) %

2 試驗結果

用4種淬火溫度和5種回火溫度組成的20種調質熱處理工藝對樣圈進行試驗。淬火時間為2～3 h，介質為高分子水劑，濃度為2%～5%；回火時間為4～6 h。對調質工藝處理后的樣圈進行低溫沖擊功和常溫力學性能檢驗，取樣方向為樣圈周向，取樣位置為端面的中間距樣圈端面12.5 mm處，檢驗結果見表2。表中數據為將每種工藝調質處理后的大試塊加工成3個沖擊功試樣和3個拉伸試樣，然后分別進行3次低溫沖擊試驗和3次拉伸試驗，取其算術平均值。表中的硬度值是對相同工藝的3個沖擊功試樣進行布氏硬度檢驗得到的數值。

表2 檢驗結果

3 結果分析

3.1 低溫沖擊功與淬火溫度的關系

低溫沖擊功與淬火溫度的關系如圖1所示。從圖中可以看出：在同一回火溫度(630 ℃)下，當淬火溫度為800～840 ℃時，試樣的低溫沖擊功隨著淬火溫度的升高而增加；當淬火溫度超過840 ℃時，沖擊功反而下降。這是由于隨著淬火溫度的升高，原始組織中的鐵素體越來越多地溶解于奧氏體，淬火后馬氏體的含量越多，回火后得到的回火索氏體組織就越多，未溶鐵素體就越少，因此，沖擊功越高。但是當淬火溫度超過840 ℃時，原始組織中的鐵素體已經全部溶解，若再增加淬火溫度，將使奧氏體的晶粒粗大，造成淬火后的馬氏體組織粗大，致使回火后得到粗大的回火索氏體組織，最終導致沖擊功降低。

圖1 低溫沖擊功與淬火溫度的關系

3.2 低溫沖擊功與回火溫度的關系

低溫沖擊功與回火溫度的關系如圖2所示。從圖中可以看出：當淬火溫度相同時(840 ℃)，隨著回火溫度的升高，沖擊功也隨之增加。眾所周知：回火溫度越高，鋼的強度和硬度就越低，塑性和韌性就越高。沖擊功是沖斷試樣所吸收的機械功，是一個韌性指標，其也從一定程度上反映了試樣韌性的大小，即鋼材的韌性越好，沖擊功越高。因此，當淬火溫度(840 ℃)相同時，隨著回火溫度的升高，沖擊功也隨之增加。

圖2 低溫沖擊功與回火溫度的關系

3.3 力學性能與淬火溫度的關系

強度、硬度與淬火溫度的關系如圖3所示。當回火溫度相同時(630 ℃)，隨著淬火溫度的升高，原始組織中的鐵素體溶解于奧氏體就越充分，淬火后馬氏體的含量就越多，回火后得到的回火索氏體組織就越多，未溶鐵素體就越少，因此，當回火溫度相同時，隨著淬火溫度的提高，鋼的強度和硬度增加。

圖3 常溫力學性能與淬火溫度的關系

3.4 力學性能與回火溫度的關系

強度、硬度與回火溫度的關系如圖4所示。在淬火溫度相同的情況下，隨著回火溫度的升高，回火時析出的Fe3C聚集長大，回火溫度越高，Fe3C顆粒越大，因此，鋼的強度和硬度就越低，塑性和韌性就越高。

圖4 常溫力學性能與回火溫度的關系

4 結論

(1)在回火溫度相同的情況下，隨著淬火溫度的升高，調質試樣的低溫沖擊功也隨之增加，但是當淬火溫度超過840 ℃時，低溫沖擊功反而下降，因此，在實際生產中制定風電軸承鍛件調質工藝時，若采用濃度為2%～5%的高分子水劑作為淬火介質，淬火加熱溫度不宜超過840 ℃。

(2)在淬火溫度相同的情況下，隨著回火溫度的升高，調質試樣的低溫沖擊功也隨之增加，但是過高的回火溫度將導致強度和硬度的降低，因此，在實際生產中制定風電軸承鍛件調質工藝時，應考慮回火溫度對鍛件強度和硬度的影響。

(3)當回火溫度相同時，隨著淬火溫度的升高，鋼的強度和硬度增加。

(4)當淬火溫度相同時，隨著回火溫度的升高，鋼的強度和硬度降低，塑性和韌性升高。

(5)綜合考慮風電軸承套圈調質淬、回火溫度對其低溫沖擊功和力學性能的影響規律，確定風電軸承套圈調質熱處理理想的工藝參數如下：淬火加熱溫度為840 ℃±10 ℃；回火加熱溫度為630 ℃±10 ℃；淬火介質為2%～5%高分子水劑。