淺談40Cr鋼調質熱處理工藝及組織性能

林宗德，陳 文

（閩南理工學院，福建 石獅 362700）

淺談40Cr鋼調質熱處理工藝及組織性能

林宗德，陳 文

（閩南理工學院，福建 石獅 362700）

制定40Cr鋼退火、正火、淬火、回火、調質熱處理工藝,測定在各種熱處理情況下試樣的硬度和沖擊韌性,并進行材料的金相組織分析,得出了40Cr鋼調質處理具有良好綜合性能的結論，并淺析了工藝對組織、性能的影響機理。關鍵詞：性能；顯微組織；調質熱處理

40Cr鋼是一種調質鋼，也是我國目前應用最廣泛，使用最多的合金調質鋼。它廣泛應用于制造連桿、螺栓、軸類等零件。在金屬及合金的制造中，用40Cr鋼制造某些零件，其要求要提高性能及使用壽命，這就要涉及到熱處理工藝的選擇和硬度的檢測。正確和先進的熱處理技術，可以充分發揮材料的潛力和延長材料的使用壽命，保證機械設備的高精度。隨著科學技術的飛速發展，熱處理技術也有了飛速的發展。

1 40Cr材料簡介

從鐵碳合金相圖（圖1）可以看出：40Cr鋼屬于亞共析鋼,在緩慢冷卻到室溫后的組織為鐵素體和珠光體。從鋼的分類來看,40Cr鋼屬于調質鋼,具有很高的強度及良好的塑性和韌性,也就是有良好的機械性能。40Cr鋼主要應用于制造業，特別是機械類制造的材料。表1所示的是40Cr的化學成分及臨界溫度。40Cr鋼的熱處理，各種參數都有規定，我們在實際操作中應注意：

（1）40Cr工件淬火后應采用油冷，40Cr鋼的淬透性較好，在油中冷卻能淬硬，而且工件的變形、開裂傾向小，操作者要憑經驗嚴格掌握入水、出水的溫度。

（2）40Cr工件調質后硬度仍然偏高，第二次回火溫度就要增加，不然，硬度降低困難。

（3）40Cr工件高溫回火后，形狀復雜的在油中冷卻，簡單的在水中冷卻，目的是避免第二類回火脆性的影響。回火快冷后的工件，必要時再施以消除應力處理。

圖1 鐵碳合金相圖

表1 40Cr的化學成分及臨界溫度

2 40Cr熱處理工藝特性介紹

2.1 熱處理工藝

熱處理工藝一般包括加熱、保溫和冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。根據GB/T3077-1999《合金結構鋼》標準要求規定了熱軋和鍛制的合金結構鋼尺寸、外形、重量及允許偏差、技術要求、試驗方法、檢驗規則、包裝、標志和質量證明書等。本標準適用于直徑或厚度不大于250mm的合金結構鋼棒材。所以40Cr鋼在調質處理后，需要檢驗標準試樣的力學性能。

2.2 40Cr熱處理工藝的制定

下面對40Cr鋼分別采用退火、正火、淬火、不同的回火溫度情況下的熱處理,測定不同情況下試樣的硬度與硬度值。制定了調質熱處理工藝參數，如表2所示。

表2 40Cr調質熱處理工藝參數

3 40Cr熱處理的沖擊韌性及硬度檢測

為了檢測各組試樣在熱處理后的硬度,對退火和正火的試樣進行布氏硬度的檢測，對淬火后低溫回火、中溫回火和高溫回火的試樣進行洛氏硬度的檢測，對調質處理與油淬后的試樣進行沖擊韌性檢測。其結論如表3～表5所示。

表3 40Cr沖擊韌性值

表4 40Cr退火、正火的布氏硬度值

表5 40Cr淬火后回火熱處理的洛氏硬度值

4 40Cr熱處理后的金相組織分析

4.1 正火熱處理

正火是加熱、保溫后在空氣中冷卻,其冷卻速度比爐冷快,珠光體轉變溫度低,因此正火后獲得的珠光體比退火后的珠光體更細一些,并用3%～4%硝酸酒精進行腐蝕，得到正火的金相組織應為鐵素體和珠光體組織。40Cr正火后的金相組織示意圖如圖2所示。

圖2 40Cr鋼正火后的組織(4%硝酸酒精)

4.2 調質處理

調質熱處理是淬火加高溫回火,其室溫組織為回火索氏體。40Cr鋼沒有經過熱處理的組織為珠光體,并用4%硝酸酒精進行腐蝕，得到的金相組織為回火索氏體，40Cr調質熱處理后的組織示意圖如圖3所示。

圖3 40Cr鋼調質熱處理后的組織

5 結束語

通過對不同熱處理試樣的沖擊值、硬度值的檢測,得到正火后40Cr試樣的硬度值比退火后試樣的硬度值稍微偏高,油淬試樣的硬度低,同時硬度值低于40Cr調質鋼;從金相顯微組織來看,正火40Cr鋼的組織為鐵素體和珠光體,調質熱處理40Cr鋼的組織為回火索氏體,因此得出40Cr鋼經調質處理后有較高的硬度、強度和比較好的韌性,就是具有良好的綜合機械性能。經調質處理后的鋼可以用來制作連桿、主軸、齒輪等作用的零件。

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[3]石德珂.材料科學基礎[M].北京:機械工業出版社，2002.

[4]林德成.金屬材料金相圖譜[M].北京:機械工業出版社，2006.

[5]朱張校.工程材料[M].第四版.北京：清華大學出版社，2009.

Introduction to 40Cr SteelTempering Heat Treatment Process and OrganizationalPerformance

LIN Zong-de，CHENWen

（Minnan University ofScienceand Technology，ShishiFujian 362700，China）

Develop 40 cr steel annealing,normalizing,quenching and tempering,the tempering heat treatment process,measured in various cases sample hardness and impact toughness,heat treatmentandmaterialmicrostructure analysis,obtained the cr steel 40 with good comprehensive performance,and analyzed the process of organization,the influence mechanism ofperformance.

performance；themicrostructure；tempering heat treatment

TG161

B

1672-545X（2014）04-0249-02

2014-01-03

公共基礎課實驗教學平臺項目：福建省一般本科院校辦學水平提升計劃（公共基礎課實驗教學平臺）《機械工程基礎課實驗教學平臺》（批準文號：閩教高[2012]160號，編號SJG005）

林宗德（1986—），男，福建莆田人，助理實驗師，研究方向：機械工程。