40Cr鋼鏈板熱處理硬度偏低的原因分析

代玉杰，王魁，劉濤，于洋

青島金鏈檢測技術服務有限公司 山東青島 266705

1 序言

由于40Cr合金鋼調質處理后具有良好的綜合力學性能，因此在鏈條行業常用來制作較大規格鏈條的鏈板。而熱處理后鏈板的硬度作為鏈板最重要的性能指標，其直接影響到鏈條的疲勞性能和極限拉伸載荷[1，2]。

某型號的鏈板在生產過程中，選用40Cr熱軋退火的扁鋼沖壓成形（見圖1），鏈板表面不再進行機械加工，成形后進行淬火、回火處理。但按照正常生產工序，鏈板熱處理后檢測表面硬度值低。

圖1 鏈板實物（A面）

2 硬度檢測

隨機抽取一件鏈板，用HR-150A洛氏硬度計在鏈板的A面（打標一面）和B面均勻檢測10個點，檢測結果見表1。由表1可知，不但鏈板的硬度值絕大部分低于標準要求：40～45HRC，而且硬度值散差很大，最大值與最小值相差11HRC。

表1 鏈板不同位置的硬度 （HRC）

3 硬度梯度檢測

取樣后對A面和B面進行硬度梯度檢測，結果如圖2所示。鏈板的硬度隨著距表面距離的增加，呈現先降低后增高的現象。由此推斷，鏈板可能存在脫碳或冷卻不良組織。

圖2 鏈板硬度梯度

4 金相組織分析

為了進一步明確原因，對鏈板取樣進行金相組織分析，如圖3所示。由圖3a可知，鏈板表面組織明顯異常，整個異常區域可以分為3部分：其中Ⅰ區為回火屈氏體+少量條塊狀鐵素體（見圖3c）；Ⅱ區為板條狀回火馬氏體+大量條塊狀鐵素體，鐵素體含量明顯較Ⅰ區增多（見圖3d）；Ⅲ區為回火屈氏體+少量條塊狀鐵素體，鐵素體含量較少。而鏈板孔處（見圖3b）和鏈板心部（見圖3f）組織均正常，為回火屈氏體。

圖3 鏈板金相組織

通過上述分析可知，鏈板熱處理工藝正常，未發生表面冷卻不良的現象，因此決定復檢原材料。復檢發現原材料表面存在不同程度的脫碳現象，如圖4所示。所謂脫碳是指鋼在熱加工或熱處理時，鋼材表面在爐內氣氛作用下失去了全部或部分碳，造成鋼材表面的碳含量比內部減少的現象[3]。根據GB/T 224—2019《鋼的脫碳層深度測定法》檢測發現，原材料表面脫碳最嚴重處達0.20mm。

圖4 原材料表面不同程度脫碳（100×）

當原材料表面存在脫碳時，在熱處理碳勢0.45%～0.55%的情況下，爐內碳勢高出鏈板表面的碳含量，鏈板表面就會發生補碳現象[4]，表面的碳含量能恢復一部分。根據鐵-碳相圖，鐵素體的奧氏體化溫度是912℃。試驗研究發現40Cr合金鋼的奧氏體化溫度約為800℃[5]。鏈板的淬火溫度為 850℃，此溫度低于鐵素體的奧氏體化溫度，脫碳層次表層中的鐵素體組織在淬火加熱過程中不能完全奧氏體化，進而在冷卻過程中就不會形成馬氏體組織，從而淬火、回火后鏈板次表層就會保留原鐵素體組織，由此導致鏈板淬火、回火后鏈板硬度偏低。

5 結論與措施

1）40Cr合金鋼脫碳層厚度越大，淬火后的硬度就越低；在淬火加熱過程中，鐵素體沒有發生馬氏體轉變，導致鏈板淬火、回火后鏈板次表層中有較多的鐵素體，使得鏈板硬度偏低。

2）由于原材料脫碳導致的鏈板硬度不合格，除了從源頭保證原材料脫碳層深度符合要求外，還可以嘗試進行復碳處理[6-8]。