國產32Cr3MoVA材料性能研究

董 俊

(哈爾濱東安發動機(集團)有限公司, 哈爾濱 150066)

NITRALLOY"N"材料國產研制后采用32Cr3MoVA氮化鋼材料。32Cr3MoVA為高純凈度氮化鋼，國外生產制造技術已經非常成熟。但是國產化工作開始后,掌握32Cr3MoVA鋼的冶煉方法和熱加工工藝方法，解決該材料用于制造大截面零件的鍛造、熱處理的工藝問題是非常關鍵的。

1 國產32Cr3MoVA氮化鋼入廠復驗情況

1.1 國產研制32Cr3MoVA氮化鋼技術指標

化學成分和機械性能技術指標要求如表1、2所示。

表1 國產32Cr3MoVA元素含量技術指標 %

表2 國產32Cr3MoVA的力學性能技術指標

1.2 國產32Cr3MoVA氮化鋼檢驗數據

國產32Cr3MoVA氮化鋼入廠檢驗項目分別為化學分析、機械性能、低倍組織、斷口、晶粒度等。具體檢驗數據見表3和表4。

表3 32Cr3MoVA氮化鋼化學含量 %

表4 32Cr3MoVA氮化鋼機械性能數據

2 國產研制32Cr3MoVA材料試驗

2.1 淬火、回火熱處理狀態下的機械性能試驗

將32Cr3MoVA棒材，加工成φ20×10 mm左右的圓棒試料以及φ15×85mm和15×15×55mm的機械性能試料，首先進行淬火、回火和穩定回火處理。工藝參數如下：

淬火：溫度950℃±10℃ 保溫時間：1h50min～2h;油冷；回火：溫度630℃±30℃ 保溫時間：3h～4h；空冷；穩定回火：溫度590℃±5℃ 保溫時間：10h～12h 隨爐冷；通氬氣保護。淬火、回火后機械性能結果見表5，結果符合技術要求。

表5 淬火、回火后的機械性能數據

2.2 工藝試驗

工藝參數為：氮化溫度：530±5℃，氮化時間：105～120h，氨氣分解率：45%，其中氨氣為40%，裂解氨氣為60%。

用上述工藝參數進行工藝試驗得到結果為：

(1)硬度HRC60處的氮化層深度：0.23 mm(要求為不小于0.18mm)。

(2)氮化層深度：0.54mm(要求為0.47～0.61mm)。

(3)氮化后機械性能見表6。

表6 氮化后的機械性能結果

(4)金相組織：氮化索氏體+波紋狀氮化物+0.016mm白層。

(5)表面硬度：93.0 HR15N，心部硬度：39.5 HRC。

從以上數據得出，氮化后的各項指標可以滿足技術要求，結果較好。

2.3 零試件的氮化工藝試驗

JSXX.14.475(彈性軸)試件和JSXX.14.025(固定齒圈)試件B均進行了工藝試驗。特別是JSXX.14.025(固定齒圈)試件B，最大外徑達到648mm，是我公司氮化零件中尺寸最大，變形要求最嚴格的。圖樣技術要求復雜，對齒輪的齒頂、齒高中部、齒根、齒根圓角等多處滲層深度都有很高的要求。零件經氮化后的技術指標如下：

(1)硬度HRC50處的氮化層深度和HRC60處氮化層深度見表7。

表7 HRC50和HRC60處氮化層深度

圖樣技術要求HRC≥50處為0.46～0.61mm ,HRC≥60處為0.18mm，從表7可以得出：氮化層深度數值基本處于滲層要求的數值中線。

(2)氮化后的機械性能見表8。

表8 氮化后做機械性能結果

從表8可以看出，機械性能指標都比較理想，氮化過程中對零件的機械性能影響不是很大，完全可以滿足技術要求。

(3)氮化后的組織：要求為氮化索氏體+波紋狀氮化物，見圖1。

圖1 氧化后組織圖

通過金相組織圖片可以看出,零件心部組織為索氏體，零件表面金相顯微組織為氮化索氏體+波紋狀氮化物,該組織滿足圖樣中的要求。

(4)白層厚度：0.015mm，圖紙要求≤0.02mm，滿足要求。

(5)硬度梯度曲線：如圖2。

圖2 硬度梯度曲線

通過曲線可以看出零件表面氮化層硬度梯度比較圓滑、平緩，因為氮化過程中氮濃度從表面到心部逐步降低，因此氮化層硬度也是由表面向心部逐步降低，符合氮化原理。

(6)表面硬度HR15N 93.0～94.0，要求HR15N ≥92.5，滿足技術要求。

從以上試驗可以看出，此氮化零件從機械性能、滲層深度、金相組織、表面硬度等幾方面，都滿足圖樣技術要求。

3 結語

經過多次對32Cr3MoVA材料進行工藝試驗，得出結論：

(1)32Cr3MoVA材料的各項性能、硬度、金相組織等指標均能滿足進口材料技術指標的要求。

(2)確定該材料的熱處理制度及氮化工藝參數如下：

氮化工藝參數：氮化溫度530±5℃,氮化時間105～120h；氨氣分解率45%，其中裂解氨氣為60%、氨氣為40%，隨爐冷至≤150℃后出爐。

預備熱處理：淬火溫度950±10℃，保溫時間1h50min～2h，油冷；回火溫度630℃±30℃，保溫時間3h～4h，空冷；穩定回火溫度590℃±5℃，保溫時間10h～12h，隨爐冷至150℃出爐，通氬氣保護。