熱處理對40NiCrMo7鋼淬透性的影響

張 博，鄒 鵬，任 鶴，閆 卓，曲德毅

(沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 100869)

40NiCrMo7為鎳鉻鉬系調制鋼，是一種優質的合金鋼，具有較高的強度、韌性，良好的淬透性以及抗過熱穩定性[1]。淬透性，表示試樣在淬火時獲得硬化層深度大小的能力。所謂硬化層深度，是指從試樣淬火表面起，垂直于試樣表面測量，由表面到硬度值為某個值(或淬火組織的構成比例)時的距離[2]。鋼鐵材料的熱處理淬透性是材料熱處理的一項重要參數，是熱處理前粗加工余量設計的重要參考依據，也是熱處理淬火工藝參數制定的重要依據。

目前對40NiCrMo7鍛件材料淬透性的研究比較少，生產過程中對熱處理工藝參數制定主要來源于生產經驗的積累，沒有具體的試驗數據支撐。因此，本文對40NiCrMo7鍛件進行淬火及低溫去應力回火，并研究了熱處理對40NiCrMo7硬度及顯微組織的影響。

1 試驗材料和方法

試驗用40NiCrMo7鍛件合金鋼采用真空精煉加電渣重熔后進行鍛造，通過能譜檢驗材料化學成分見表1。查閱資料并結合實際生產經驗[3]，可以預測材料淬透尺寸，確保試驗中鍛件心部未淬透，尺寸選為φ600 mm×600 mm，試驗鍛件用機械加工方式進行加工。對鍛造40NiCrMo7合金進行850 ℃高溫淬火，之后油冷至工件表面溫度約150 ℃時出油空冷，隨后進行200 ℃低溫去應力退火處理[4]。

熱處理試樣線切割取樣，見圖1，進行金相組織觀察；檢驗表面至心部的布氏硬度，硬度檢驗按有效厚度，每隔20 mm檢一點，選取15個硬度檢驗試樣，見圖2。

表1 試樣化學成分(質量分數，%)

圖1 試樣線切割取樣示意圖Fig.1 Sampling diagram by wire-electrode cutting

2 試驗結果及分析

熱處理后40NiCrMo7試樣的硬度值見表2。可以看出，硬度由表面至心部逐漸降低，鍛件表面硬度為458 HBW，從距離表面150 mm開始，硬度值下降明顯，心部硬度只有287 HBW。

圖2 硬度塊取樣示意圖Fig.2 Sampling diagram of hardness block

淬透性是指鋼在淬火時，形成馬氏體的能力，其大小用鋼在規定條件下所獲得的淬透層深度來表示[5]。淬透性是選材和制定熱處理工藝的重要依據。淬透層深度是指工件表面到半馬氏體區(50%馬氏體+50%非馬氏體)的深度。容易形成馬氏體的鋼淬透性好；淬硬區深度大的鋼，淬透性好。40NiCrMo7鍛件表面、1/2有效厚度、心部三個位置的金相組織，如圖3所示。

可以看出，鍛件表面為淬火狀態下典型的板條馬氏體組織，尺寸大致相同的細馬氏體條定向排列，組成馬氏體束或馬氏體領域。鍛件1/2有效厚度處為50%馬氏體+50%鐵素體的混合組織。鍛件心部具有明顯的自回火特征，自回火現象出現在馬氏體板條內，以短桿狀的碳化物形式沉淀析出，其中一些碳化物沿某一方向近似平行排列。

表2 40NiCrMo7試樣熱處理后硬度值(HBW)

(a) 表面，100×；(b) 表面，500×；(c) 1/2有效厚度，100×；(d) 1/2有效厚度，500×；(e) 心部，100×；(f) 心部，500×圖3 40NiCrMo7鍛件顯微組織(a) surface,100×;(b) surface,500×;(c) 1/2 effective thickness,100×;(d) 1/2 effective thickness,500×;(e) center,100×;(f) center,500×Fig.3 Microstructure of 40NiCrMo7 forgings

因此，尺寸為φ600 mm×600 mm的 40NiCrMo7鍛件，淬透深度約為150 mm。

3 結論

1)熱處理后40NiCrMo7試樣的硬度由表面至心部逐漸減小，表面硬度最大為458 HBW，心部硬度最小為287 HBW。

2)φ600 mm×600 mm的40NiCrMo7鍛件熱處理后表面金相組織為典型的板條馬氏體組織，距表面約150 mm處金相組織為馬氏體50%與鐵素體50%的混合體，中心處顯微組織具有明顯的自回火特征。