42CrMo4 電機(jī)軸鍛圓熱處理性能研究

喬小梅

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003）

電機(jī)需要有較高的瞬時(shí)功率和功率密度，同時(shí)由于電動(dòng)機(jī)需要變速工作，要求電機(jī)應(yīng)該在高低轉(zhuǎn)速下都有高的效率，除此之外電機(jī)還應(yīng)該有著很強(qiáng)的過載能力，大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)要迅速，因此對(duì)電機(jī)軸提出很嚴(yán)的要求，需要更好強(qiáng)度和韌性。由于型材廠無專用的熱處理淬火設(shè)備，只能用現(xiàn)有的大型退火爐及現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)易水池進(jìn)行熱處理，因沒有成熟的熱處理工藝方案借鑒，需制定和摸索出合理的熱處理工藝方案才能滿足電機(jī)軸用42CrMo4 鍛圓性能要求。

1 42CrMo4 技術(shù)要求

結(jié)合電機(jī)軸運(yùn)行條件，專用技術(shù)條件中規(guī)定鍛圓的性能、組織，且要求沖擊（縱向）-40 ℃性能，沖擊力數(shù)據(jù)嚴(yán)于歐標(biāo)EN 10083-3：2006 標(biāo)準(zhǔn)第三部分合金鋼的交貨技術(shù)條件[2]沖擊（縱向）常溫要求。

1.1 力學(xué)性能

經(jīng)熱處理后電機(jī)軸鍛圓的拉伸和沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別符合表1 和表2 的指標(biāo)。

表1 拉伸和沖擊性能

1.2 晶粒度

鍛圓經(jīng)850 ℃淬火水冷后晶粒度6～8 級(jí)，最大不連續(xù)晶粒不超過5 級(jí)。

2 小試樣熱處理工藝試驗(yàn)

采用小試樣（Ф25 mm）進(jìn)行熱處理工藝的摸索，由于小試樣和大樣性能存在較大的差異，為縮小性能數(shù)據(jù)差距（小樣油冷、大樣水冷），小試樣淬火選用油淬冷卻方式，同時(shí)沖擊功檢驗(yàn)常溫沖擊功，因此選用850 ℃油淬，經(jīng)四組不同回火溫度進(jìn)行試驗(yàn)。試料淬火后在室溫靜止空氣中冷卻，回火保溫0.5 h，室溫空冷。由表2 和圖1 可知，采用不同淬火回火溫度時(shí)，性能隨回火溫度升高抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度降低，隨回火溫度升高伸長(zhǎng)率和斷面收縮率逐漸升高，但在630 ℃時(shí)塑性及韌性指標(biāo)均合格，但強(qiáng)度仍高于標(biāo)準(zhǔn)要求范圍，660 ℃回火后塑韌性匹配良好，所以采用850 ℃淬火+660 ℃回火熱處理工藝最佳。

表2 小試樣（Ф25 mm）熱處理工藝試驗(yàn)

圖1 不同熱處理工藝的小試樣性能

3 鍛圓整體熱處理工藝試驗(yàn)

根據(jù)技術(shù)條件要求，結(jié)合小試樣熱處理結(jié)果,在型材2.5 m×8 m 臺(tái)車式退火爐中對(duì)240 圓鍛材進(jìn)行850 ℃淬火，600～660 ℃不同溫度回火，進(jìn)行了五組不同回火溫度進(jìn)行試驗(yàn)，鍛圓加熱到850 ℃溫度保溫4 h 后淬火水冷20 min，然后在室溫靜止空氣中冷卻，回火保溫后室溫空冷。經(jīng)采用不同熱處理工藝后的性能對(duì)比見表3 和圖2，從表3 可看出，沖擊功受回火溫度影響非常大（尤其是由常溫轉(zhuǎn)為-40 ℃），當(dāng)回火溫度不斷提高，強(qiáng)度下降的同時(shí)，沖擊功數(shù)值逐漸提高，采用850 ℃淬火＋640 ℃×6 h 回火的熱處理性能最佳。

表3 240 圓鍛圓熱處理工藝試驗(yàn)

圖2 不同熱處理工藝的大樣性能

4 金相組織

鍛圓經(jīng)850 ℃保溫1.5 h 水冷后，按ASTME112標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，晶粒度為6～7 級(jí)，完全可滿足標(biāo)準(zhǔn)6～8 級(jí)晶粒度要求，因鍛造僅采用拔長(zhǎng)，帶狀組織較明顯，見圖3。

圖3 鍛圓晶粒度

5 結(jié)語

42CrMo4 鍛圓通過小樣與大樣熱處理工藝試驗(yàn)，得出鍛圓整體熱處理最佳工藝為850 ℃淬火+640 ℃回火，組織為回火索氏體，組織均勻、晶粒細(xì)小，滿足電機(jī)軸的技術(shù)條件要求。