淺談40Cr鋼熱處理工藝及其組織性能

趙 琳

（山西省機電設計研究院，山西 太原 030009）

1 概述

40Cr鋼是我國的標準鋼號，因其在調質處理后具有較高的綜合力學性能、低的缺口敏感性和較高的低溫沖擊韌性，因此在機械制造業得到廣泛的應用。40Cr鋼的淬透性良好，水淬時可淬透到Ф28 mm～Ф60mm，油淬時可淬透到Ф15 mm～Ф40 mm；其除調質處理外還適于氰化和高頻淬火處理；切削性能較好，當硬度為HB174～HB229時，相對切削加工性為60%；適于制作機加工件，如一些軸類零件。

2 40Cr鋼的化學成分和機械性能

40Cr鋼的化學成分見表1。

表1 40Cr鋼的主要化學成分（質量分數） %

40Cr鋼屬于中碳鋼，經過一定的熱處理后可以獲得較好的韌性、耐磨性和塑性，并且價位適中。40Cr調質鋼毛坯通過正火可以促進組織性能球化，硬度小于160 HBS，具有較好的切削性能?；鼗饻囟仍?50 ℃～570 ℃時，可獲得最佳的綜合力學性能。40Cr調質鋼的淬透性高于45鋼，適合高頻淬火、火焰淬火等表面硬化處理。調質后經常用于制造承受中等負荷及中等速度的機械零件，如機床上的齒輪、齒條等。

3 40Cr鋼熱處理工藝的制定

現以某廠的40Cr鋼電機軸為例，其加工工藝流程如下：鍛坯→正火→粗機械加工→調質處理→去應力退火→精機械加工→成品。

此電機軸的熱處理工藝技術要求如下：通過正火、調質、去應力退火等工藝后，硬度為 HRC18～HRC22，下面對它的熱處理工藝進行簡要說明。

（1）正火是將金屬零件加熱到上臨界點（AC3或Acm）以上40℃～60℃或更高的溫度，保溫達到完全奧氏體化后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。40Cr鋼屬于中碳調質鋼，正火工藝作為其預先熱處理工藝，目的是均勻組織、細化晶粒、改善切削加工工藝性能，為最終熱處理工藝——調質做好組織準備。40Cr鋼電機軸的正火工藝參數見表2。

表2 40Cr鋼正火工藝參數

（2）調質處理是對工件進行淬火＋回火，將工件加熱到臨界溫度以上進行淬火，然后通過不同的介質迅速冷卻，再根據不同工件的具體要求將工件加熱到臨界溫度以下某個溫度進行回火，以達到不同的硬度要求。

淬火是為了得到馬氏體組織，以便通過回火使工件獲得良好的使用性能。中碳鋼得到全馬氏體有一個臨界淬火速度，但由于40Cr中加入Cr，使得其C曲線右移，臨界淬火速度減小，油淬才可能達到其要求。40Cr鋼的淬透性比較好，雖然是在油中冷卻，但硬度較高，而且工件的變形、開裂傾向小。為降低成本，對形狀不復雜的工件也可以在水中淬火，只要操作者嚴格掌握出入水的溫度，就不易使工件發生開裂現象。

回火處理時，應注意高溫回火后的冷卻方式，針對40Cr鋼回火后慢冷易產生第二類回火脆性的特點，鋼件回火后的冷卻方式應選擇油冷，而不是空冷。鋼件經油冷后，所產生的熱應力小、韌性好。

經過調質處理，工件可獲得綜合力學性能良好的回火索氏體組織，保證了鋼件的強韌性。具體的40Cr鋼調質工藝參數見表3。

表3 40Cr鋼調質工藝參數

（3）調質處理后，增加一道去應力退火（補充回火）工序，該工序是為了消除調質處理過程中毛坯和零件中產生的殘余熱應力，穩定工件尺寸及形狀，進一步減少鋼件切削加工和使用過程中的變形和裂紋傾向。測試結果表明，經過此處理后的工件基本都能滿足高精密工件的基礎技術要求。40Cr工件調質后硬度仍然偏高，工件通過450 ℃～500 ℃的中溫回火可提高彈性極限和屈服強度，形狀復雜的工件在油中冷卻，簡單形狀的工件在水中冷卻，目的是避免第二類回火脆性的影響，處理后硬度為HRC18～HRC22。具體的去應力退火工藝參數見表4。

表4 40Cr鋼去應力退火工藝參數

4 結論

40Cr鋼電機軸經過正火、調質、去應力退火等熱處理工藝處理后，優化了工件的內部組織，使其擁有了更為優良的綜合機械性能和較好的切削加工性能，從而擴展了40Cr鋼的用途，降低了生產成本，提高了經濟效益。

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