35鋼鍛件余熱淬火工藝研究

文/鄭俊濤，韓良，張建國，張猛·蕪湖三聯鍛造有限公司

35鋼鍛件余熱淬火工藝研究

文/鄭俊濤，韓良，張建國，張猛·蕪湖三聯鍛造有限公司

鄭俊濤，碩士，從事鍛件、模具熱處理以及理化檢驗工作。

通過對網帶淬火油槽的改造，在淬火高溫段增加噴射攪拌裝置，研究35鋼鍛件余熱淬火工藝。與普通調質相比，采用余熱淬火在降低能耗的同時，能顯著提高產品的心部硬度和金相組織。在相同表面硬度240HB的條件下，余熱淬火件的心部硬度相比普通調質高30HB左右。金相組織方面，普通調質心部有網狀鐵素體存在，而余熱淬火件僅有少量游離鐵素體。與靜止狀態的1.0%PVA溶液余熱淬火相比，噴射攪拌狀態下油余熱淬火工藝具有淬火硬度高、散差小的優勢，同時降低了淬火開裂的風險。

35鋼材質零件由于淬透性差，一般需要采用水或者水基淬火液淬火。生產中采用的連續式調質生產線大多采用油作為淬火介質，35鋼在油中的臨界淬透直徑約4～8mm，而20～40℃水中的臨界淬透直徑約8～13mm，采用普通調質油淬火一般難以達到工藝要求，而余熱淬火工藝具有提高材料淬透性的特點。S45C、S50C和S55C三種材料φ5.0～35.0mm余熱淬火與普通調質的端淬對比試驗表明，余熱淬火的臨界淬透直徑比普通調質提高了3～4倍。普通調質采用水基淬火液的零件，余熱淬火采用油淬即可達到相同效果。圖1為某35鋼鍛件的鍛件圖。

常規工藝流程為鍛造后普通調質，采用水基淬火液淬火，熱處理工藝曲線如圖2所示。采用普通調質，產品的心部金相組織有網狀鐵素體存在，硬度在200～210HB，生產效率較低。為提高生產效率和保證產品質里，增加潛污泵進行噴射攪拌。通過對比噴射攪拌狀態下的油余熱淬火、靜止狀態下1.0%PVA余熱淬火和普通調質產品的硬度和金相組織，研究35鋼鍛后余熱淬火工藝。

材料和試驗方法

本文試驗用35鋼的化學成分見表1，35鋼鍛件加熱溫度1230～1260℃，切邊校正后溫度900 ～1000℃。鍛后由輸送網帶送入連續式網帶淬火槽，時間為30s左右。

圖1 35鋼鍛件圖

圖2 35鋼鍛件普通調質工藝曲線圖

采用快速淬火油進行余熱淬火，在網帶前半部分增加潛污泵進行噴射攪拌，噴油口距離網帶高度約45mm。余熱淬火生產節拍約25s，采用連續式網帶淬火槽進行余熱淬火，工件在冷卻過程中沒有堆積的現象。淬火冷卻時間2.5min，出油溫度160～180℃。

對比試驗采用普通調質和靜止狀態下的1.0%PVA溶液余熱淬火，采用的都是連續式網帶淬火槽。

表1 35鋼的化學成分（質量分數，%）

表2 三種工藝方案的參數及硬度檢驗結果

表3 快速淬火油和1.0%PVA的冷卻特性對比

試驗結果和討論

工藝參數及檢驗結果

三種工藝方案的參數及硬度檢驗結果見表2：

從表2可以看出，噴射攪拌下快速淬火油冷卻速度要高于靜止狀態下1.0%PVA溶液，淬火硬度與普通調質相當。余熱淬火件的心部硬度與表面硬度基本相當，而普通調質件的心部硬度較低。降低回火溫度，普通調質件表面硬度提高，而心部硬度穩定在200～220HB，余熱淬火件降低回火溫度，表面硬度和心部硬度都會提高且相差不大。

快速淬火油和1.0%PVA的冷卻特性對比見表3，測里標準為ISO 9950：1995，攪拌方式為靜止狀態，采用瑞典IVF測試儀測試。

從表3可以看出，靜止狀態下1.0%PVA的最大冷卻速度約為快速淬火油的2倍。從工藝對比可以看出噴射攪拌狀態下快速淬火油的淬火效果要好于1.0%PVA溶液，即噴射攪拌狀態下快速淬火液的冷卻速度高于靜止狀態下的1.0%PVA溶液。

35鋼余熱淬火與普通調質相比，在達到相同的回火硬度時，余熱淬火的回火溫度較普通調質高10℃，而相同尺寸的40Cr鍛件余熱淬火的回火溫度較普通調質高40℃，這可能是由于35鋼碳及合金元素含里低強化效果差的原因造成的。對試驗件進行磁粉探傷檢驗，無淬火裂紋。

金相組織

工藝方案1心部金相組織見圖3。

圖3 工藝方案1心部金相組織

圖4 工藝方案3心部金相組織

工藝方案3心部金相組織見圖4。

對比圖3和圖4可以看出，普通調質心部金相組織為網狀鐵 素體+回火索氏體，而余熱淬火的心部金相組織為回火索氏體+上貝氏體+少里鐵素體。由于35鋼含碳里低，加上鍛造加熱采用中頻加熱，加熱時間短，導致35鋼余熱淬火組織中碳分布不均勻，組織中出現大里白色塊狀物，高倍組織下可以看出白色塊狀物內分布有粒狀碳化物。白色塊狀物為含碳里偏低的回火索氏體組織。

普通調質心部出現大里網狀鐵素體，導致心部硬度低。余熱淬火心部組織以回火索氏體為主，所以其心部硬度高于普通調質件。

結束語

⑴35鋼鍛件采用快速淬火油噴射攪拌方式進行余熱淬火，其金相組織和心部硬度均優于普通調質件。

⑵快速淬火油噴射攪拌的冷卻速度要高于靜止狀態下1.0%PVA溶液。