一種42CrMo軸類零件及其熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種42CrMo軸類零件，尤其是一種利用亞溫淬火熱處理的42CrMo軸 類零件，同時(shí)還涉及其處理工藝，屬于亞溫淬火工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 42CrMo鋼屬于超高強(qiáng)度鋼，具有高強(qiáng)度和韌性，淬透性也較好，無明顯的回火脆 性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好。該鋼適宜制造要 求一定強(qiáng)度和韌性的大、中型塑料模具。該鋼通常將調(diào)質(zhì)后表面淬火作為熱處理方案。
[0003] 然而，42CrMo材料作為廣泛使用的工程產(chǎn)品材料，特別是在工程錨絞機(jī)軸類零件 中廣泛使用的工程產(chǎn)品材料，該材料技術(shù)要求為調(diào)質(zhì)處理。42CrMo軸類零件按常規(guī)熱處理 工藝：采用Ac3以上溫度，一般為850°C~860°C保溫，淬火冷卻方式采用15#機(jī)油冷卻，調(diào) 質(zhì)后的理化性能不易達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙要求，不能滿足船檢驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，并且隨著42CrMo零件的 有效截面變化，其綜合力學(xué)性能驗(yàn)收指標(biāo)也相應(yīng)改變。隨著軸的有效截面的減小，42CrMo軸 的綜合力學(xué)性能驗(yàn)收指標(biāo)相對(duì)提高。當(dāng)零件來料為乳制件時(shí)，采用常規(guī)熱處理工藝方法獲 得的綜合機(jī)械性能不高，一般是塑韌性指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。
[0004] 此外，當(dāng)原材料存在缺陷時(shí)，采用常規(guī)工藝（850~860°C，油冷卻）的高溫淬火也 存在開裂的風(fēng)險(xiǎn)。采用常規(guī)工藝淬火所用的冷卻介質(zhì)為機(jī)油，油燃燒排放出大量的有害氣 體，不僅污染環(huán)境，還嚴(yán)重影響操作者身心健康。
[0005] 因此，有必要采取新的工藝方法既能提高該材料的綜合機(jī)械性能，同時(shí)又能有效 避免產(chǎn)生裂紋，亞溫淬火工藝是能達(dá)到這種要求的方法之一。亞溫淬火工藝采用的淬火溫 度在Acl~Ac3 (730~800°C )區(qū)間，相比常規(guī)熱處理淬火溫度低、耗能少、能有效降低零件 的淬火開裂風(fēng)險(xiǎn)、能獲得良好的綜合機(jī)械性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種42CrMo軸類零件及其亞溫 淬火熱處理工藝，通過制定亞溫淬火工藝，能夠獲得良好的綜合力學(xué)性能，滿足不同等級(jí)的 船檢驗(yàn)收指標(biāo)，有效降低零件的淬火開裂風(fēng)險(xiǎn)。
[0007] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決技術(shù)問題：一種42CrMo軸類零件，含有以下質(zhì)量百 分比的化學(xué)成分：C 0.38 ~0.45%，Si 0.20 ~0.40%，Mn 0.50 ~0.80%，Cr L 00 ~ I. 20%，M〇 0· 18 ~(λ 25%，P 彡 0· 04%，S 彡 0· 04%，Cu 彡 0· 30%，其余為 Fe 及不可避免 的雜質(zhì)元素。
[0008] 進(jìn)一步的，前述的42CrMo軸類零件的亞溫淬火熱處理工藝，所述熱處理工藝采用 亞溫淬火工藝，包括對(duì)前述采用鋼種進(jìn)行的如下步驟：
[0009] 步驟一，裝爐工序：將需處理的42CrM〇軸類零件按照截面大小分為大、中、小件； 并將前述分揀出的42CrMo軸類零件按順序放入熱處理爐的有效加入?yún)^(qū)內(nèi)，打開開關(guān)；
[0010] 步驟二，淬火工序：開始進(jìn)行亞溫淬火處理，在淬火操作中，42CrMo軸類零件采用 亞溫淬火，溫度為790°C~800°C，并根據(jù)亞溫淬火保溫時(shí)間公式t = α · κ ·Η確定保溫 時(shí)間，其中t:保溫時(shí)間（min)，α :鋼在氣體介質(zhì)中加熱時(shí)的保溫系數(shù)（min/mm)，κ :零件 裝爐方式調(diào)整系數(shù)，H :零件有效厚度（mm);
[0011] 步驟三，回火工序：42CrMo軸類零件在亞溫淬火處理后及時(shí)進(jìn)行回火工序， 42CrM 〇軸類零件回火溫度以硬度和機(jī)械性能確定；回火加熱完畢后，對(duì)所述42CrM〇軸類零 件進(jìn)行回火冷卻。
[0012] 進(jìn)一步的，前述的42CrMo軸類零件的亞溫淬火熱處理工藝，步驟一中，42CrMo軸 類零件按照截面大小分為大、中、小件，所述大件的直徑為Φ160ι?πι<(Κ Φ250_，所述中 件的直徑為Φ 100mm < d < Φ 160mm及Φ 40mm < d < Φ 100mm，所述小件的直徑為Φ 16mm < Φ40πιπι ;當(dāng)截面大小不同的零件同時(shí)裝爐時(shí)，按照爐膛從里至外的順序，依次將大中 小件放入爐內(nèi)均勻溫區(qū)內(nèi)的裝料架或爐底板上。
[0013] 進(jìn)一步的，前述的42CrMo軸類零件的亞溫淬火熱處理工藝，步驟二中，對(duì)于大 件的42CrMo軸類零件淬火工序采用階梯升溫的方式；在升溫中途進(jìn)行一次650°C或兩次 400~450°C、650°C的保溫工序，或利用較低的加熱速度，當(dāng)處于30°C /h的低溫階段~ 100°C /h的600°C以上高溫階段，而不進(jìn)行中間保溫。
[0014] 進(jìn)一步的，前述的42CrMo軸類零件的亞溫淬火熱處理工藝，步驟二中，42CrMo軸 類零件裝爐采用室式爐零件裝爐方式，所述裝爐方式調(diào)整系數(shù)κ為：當(dāng)42CrMo軸類零件為 單件架高裝爐時(shí)，κ為I. 0 ;當(dāng)42CrM〇軸類零件為單件不架高裝爐時(shí)，κ為1. 〇 ;當(dāng)42CrM〇 軸類零件為多件無間隙平鋪裝爐時(shí)，κ為2.0 ;當(dāng)42CrMo軸類零件為多件間隙平鋪裝爐，且 間隙< IOcm時(shí)，κ為1. 5 ;當(dāng)42CrMo軸類零件為多件間隙平鋪裝爐，且間隙> IOcm時(shí)，κ 為1. 3 ;當(dāng)42CrM〇軸類零件為多件無間隙疊放裝爐時(shí)，κ為1. 7。
[0015] 進(jìn)一步的，前述的42CrMo軸類零件的亞溫淬火熱處理工藝，步驟二中，所述淬火 工序中，冷卻介質(zhì)為氯化鈉溶液。
[0016] 進(jìn)一步的，前述的42CrMo軸類零件的亞溫淬火熱處理工藝，步驟三中，所述氯化 鈉溶液濃度為5~15%，使用溫度小于60°C。
[0017] 進(jìn)一步的，前述的42CrMo軸類零件的亞溫淬火熱處理工藝，步驟三中，回火溫度 為：當(dāng)42CrMo軸類零件的軸直徑d為160mm < d彡250_，且抗拉強(qiáng)度Rm為750~900Mp， 硬度HB為240~270時(shí)，回火溫度為640 °C ;當(dāng)42CrMo軸類零件的軸直徑d為IOOmm < d彡160mm，且抗拉強(qiáng)度Rm為800~950Mp，硬度HB為260~290時(shí)，回火溫度為620°C; 當(dāng)42CrMo軸類零件的軸直徑d為40mm < cK 100mm，且抗拉強(qiáng)度Rm為900~IlOOMp，硬度 HB為290~320時(shí)，回火溫度為590°C;當(dāng)42CrMo軸類零件的軸直徑d為16mm < d彡40_， 且抗拉強(qiáng)度Rm為1000~1200Mp，硬度HB為310~340時(shí)，回火溫度為570°C。
[0018] 進(jìn)一步的，前述的42CrMo軸類零件的亞溫淬火熱處理工藝，步驟三中，回火加熱 時(shí)間為同種加熱介質(zhì)中，淬火加熱時(shí)間的1. 2~1. 5倍；所述回火冷卻方式為空冷或水冷方 式冷卻。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的一種42CrMo軸類零件及其亞溫淬火熱處理 工藝，42CrMo軸類零件的亞溫淬火是從低溫加熱升溫進(jìn)入臨界區(qū)，亞溫淬火加熱溫度在 Acl至Ac3之間，加熱溫度較低，淬火后實(shí)際晶粒細(xì)小而晶粒愈細(xì)晶粒強(qiáng)度愈高。由于細(xì)小 均勻分部的鐵素體有利于阻止裂紋擴(kuò)展，引起脆性的雜質(zhì)原子在殘余鐵素體中富集，減少 了它們?cè)趭W氏體晶界偏聚的機(jī)會(huì)，未轉(zhuǎn)變鐵素體的存在有利于奧氏體晶粒細(xì)化，亞溫淬火 能很好地改善韌性。42CrMo軸采用亞溫淬火處理能有效提高42CrMo銷軸的綜合力學(xué)性能。 而且由于亞溫淬火加熱溫度低，減小了淬火應(yīng)力，降低了由于原材料材質(zhì)及缺陷給淬火帶 來的危害，避免了裂紋的產(chǎn)生。亞溫淬火因其加熱溫度是在奧氏體與鐵素體之間的雙向區(qū) 域進(jìn)行的，加熱的溫度比常規(guī)熱處理溫度低50°C以上，具有降低能耗、提高產(chǎn)品的韌性、減 少變形等優(yōu)點(diǎn)。由于亞溫淬火工藝上淬火介質(zhì)采用水冷卻方式，減少了環(huán)境污染。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明的零件裝爐方式示意圖。
[0022] 圖3為本發(fā)明的零件有效厚度H的一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算示意圖。
[0023] 圖4為本發(fā)明的零件有效厚度H的另一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算示意圖。
[0024] 圖5為本發(fā)明的零件有效厚度H的再一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 實(shí)施例
[0026] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。以Φ40Χ200、Φ60Χ200、Φ 160X200、 Φ230Χ200,乳制42CrMo圓鋼為例，每種直徑分別進(jìn)行常規(guī)熱處理與亞溫淬火工藝試驗(yàn)。
[0027] 該種42CrMo軸類零件，含有以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分：C :0. 38~0. 45%，Si : 0· 20 ~0· 40%，Mn :0· 50 ~0· 80%，Cr :1. 00 ~I. 20%，M〇 :0· 18 ~0· 25%，P 彡 0· 04%， S < 0. 04%，Cu < 0. 30%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。
[0028] 本實(shí)施例中采用臺(tái)車式箱式（空氣）電阻爐，設(shè)備等級(jí)為V級(jí)，控溫精度為 ±10。。。
[0029] 步驟一，裝爐工序：將需處理的42CrM〇軸類零件按照截面大小分為大、中、小件； 其中，大件的直徑為Φ 160mm < d < Φ 250_，中件的直徑為Φ 100mm < d < Φ 160mm及 Φ 40mm < d < Φ 100mm，小件的直徑為 Φ 16mm < d < Φ 40mm ;
[0030] 并將前述分揀出的42CrM〇軸類零件按順序放入臺(tái)車式箱式電阻爐的有效加入?yún)^(qū) 內(nèi)，該有效加入?yún)^(qū)測定方法的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T9452-2012,當(dāng)截面大小不同的零件同時(shí)裝 爐時(shí)，按照爐膛從里至外的順序，依次將大中小件放入爐內(nèi)均勻溫區(qū)內(nèi)的裝料架或爐底板 上；并打開電阻爐開關(guān)。
[0031] 步驟二，淬火工序：在淬火操作中，42CrMo軸類零件采用亞溫淬火，由于42CrMo鋼 為亞共析鋼，同時(shí)亞溫淬火加熱溫度的選擇應(yīng)以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶體為原則，以便 淬火后獲得細(xì)小的馬氏體組織，而且要求其淬火組織中除了馬氏體外，還保留一部分鐵素 體。因此亞溫淬火加熱溫度取上限，溫度為790°C~800°C。使用氯化鈉水溶液作為冷卻介 質(zhì)，氯化鈉水溶液濃度控制在5~15 %。
[0032] 由于零件在保溫階段加熱停留的時(shí)間，決定了零件熱處理的質(zhì)量，加熱時(shí)間與工 件的成分、形狀和尺寸、加熱速度、加熱介質(zhì)、加熱方式、裝爐方式、裝爐量等因素有關(guān)，因此 根據(jù)亞溫淬火保溫時(shí)間公式t = α · κ ·Η確定保溫時(shí)間，其中t:保溫時(shí)間（min)，α :鋼 在氣體介質(zhì)中加熱時(shí)的保溫系數(shù)（m