35Cr3NiMoA钢件的热处理工艺改进

朱晓英，庄明辉，王丽华，宋瑞华，钱晓亮，刘典富，单利剑

(黑龙江北方华安工业集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161046)

某产品一重要零件，材料为35Cr3NiMoA钢。由于该钢种的淬透性好，采用油淬就可完全淬透，从而使钢件整个截面均得到很高的强度与硬度，并保持一定的韧性。根据产品性能和工艺性能的要求，沿钢件轴向分布的力学性能要求不同:头部要求高硬度;中部要求有高的综合力学性能;尾部要求较低的硬度，以便热处理后仍可进行切削加工。经过摸索试验最终确定钢件热处理工艺流程为:冲压→软化退火→粗加工→淬火→检测硬度→整体回火→检测硬度→尾部回火→检测硬度→整体回火→检测硬度→精加工。经最终热处理后，进行钢件硬度、力学性能、裂纹倾向性检验，穿透试验项目验收。钢件尾部回火采用感应加热工艺，代替了采用铅炉加热的原工艺，改善了工作环境。

1 钢件材料的选用

根据产品性能和工艺性能的要求，零件应有高硬度，要求钢材必需具有足够的冲击韧性，因此材料选用35Cr3NiMoA中碳合金结构钢。该钢种的淬透性好，只需采用油淬，就可完全淬透，使钢件整个截面均得到很高的硬度，并保持一定的韧性[1－3]。试验用钢件材料为35Cr3NiMoA，炉号为06-79炉，化学成分见表1，符合规定要求。

表1 35Cr3NiMoA的化学成分Table1 Chemical composition of 35Cr3NiMoA %

2 钢件的技术要求与验收

最终热处理后力学性能要求有以下几点。

1)距钢件底部82，55 mm处的力学性能要求为:屈服强度≥690 MPa，断面收缩率≥35%。

2)表面硬度及截面硬度(4，5点)要求见表2。

钢件最终热处理后，从每个炉号中选取布氏印痕直径最小的钢件1发，经精车外表面，并磁力探伤后，进行浸酸试验，应无应力裂纹。

从每个炉号中选取1个钢件，进行穿透强度试验。若初试不合格，则加倍数量复试，复试仍不合格，则必须查出原因，重新热处理，再作穿透强度试验[4－5]。

3 钢件的热处理

钢件工艺流程为:冲压→毛坯软化退火→粗加工→淬火→检测硬度→整体回火→检测硬度→尾部回火→检测硬度→力学性能检验→精加工。

1)毛坯软化退火。热冲压后的钢件毛坯，因硬度高，需经软化退火，以改善其切削加工性能。毛坯软化退火工艺见表3。

2)淬火、整体回火及尾部回火见表4。

3)力学性能及金相检测，力学性能检测结果见表5。其中编号为79-1，79-2，79-3的金相结果一致，组织均为回火索氏体，如图1所示。

表2 钢件各点位置及其硬度Table2 Locations of every point of the steel part and its hardness

表3 毛坯软化退火Table3 Blank softening annealing

表4 钢件淬火、整体回火及尾部回火Table4 Steel quenching，tempering as a whole and tail tempering

表5 力学性能Table5 Mechanical properties

图1 79-1，79-2，79-3 金相照片Fig.1 Metallographic images of 79-1，79-2，79-3

4)钢件裂纹倾向性检查:79-3 正常[6－7]。

4 钢件的热处理缺陷及改进

穿透强度试验后头部出现断裂现象，如图2所示。

图2 断裂后毛坯Fig.2 The blank after fracture

分析其出现断裂的原因为:采用感应加热炉进行尾部回火，钢件表面存在加热区段与非加热区段间的交界带。由于感应加热回火时温度梯度的变化，使钢件体积发生热胀冷缩的变化，造成残余应力的存在，导致穿透强度试验后在钢件头部出现断裂现象[8－9]。

解决措施:钢件尾部回火后增加一次全弹回火，以消除由于温度梯度而产生的残余应力，热处理后力学性能合格，见表5中79-4，79-5。二者金相结果一致，组织均为回火索氏体，如图3所示。通过穿透强度试验，结果未出现断裂现象，如图4所示。

图3 79-4，79-5金相照片Fig.3 Metallographic images of 79-4，79-5

图4 穿透强度试验毛坯Fig.4 Through strength test blank

5 结语

钢件材料采用35Cr3NiMoA，经过摸索试验，确定了钢件热处理工艺参数及工艺流程。热处理后各项指标满足了产品性能要求。采用感应加热炉进行尾部回火，代替原工艺铅炉加热，工艺方式可行，同时改善了作业环境。尾部回火后增加一次全弹回火，可消除由于温度梯度而产生的应力，确保了产品性能和产品质量。

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