浅谈40Cr钢热处理工艺及其组织性能

2013-12-23赵琳

机械工程与自动化 2013年2期

赵琳

（山西省机电设计研究院，山西太原 030009）

1 概述

40Cr钢是我国的标准钢号，因其在调质处理后具有较高的综合力学性能、低的缺口敏感性和较高的低温冲击韧性，因此在机械制造业得到广泛的应用。40Cr钢的淬透性良好，水淬时可淬透到Ф28 mm～Ф60mm，油淬时可淬透到Ф15 mm～Ф40 mm；其除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理；切削性能较好，当硬度为HB174～HB229时，相对切削加工性为60%；适于制作机加工件，如一些轴类零件。

2 40Cr钢的化学成分和机械性能

40Cr钢的化学成分见表1。

表1 40Cr钢的主要化学成分（质量分数） %

40Cr钢属于中碳钢，经过一定的热处理后可以获得较好的韧性、耐磨性和塑性，并且价位适中。40Cr调质钢毛坯通过正火可以促进组织性能球化，硬度小于160 HBS，具有较好的切削性能。回火温度在550 ℃～570 ℃时，可获得最佳的综合力学性能。40Cr调质钢的淬透性高于45钢，适合高频淬火、火焰淬火等表面硬化处理。调质后经常用于制造承受中等负荷及中等速度的机械零件，如机床上的齿轮、齿条等。

3 40Cr钢热处理工艺的制定

现以某厂的40Cr钢电机轴为例，其加工工艺流程如下：锻坯→正火→粗机械加工→调质处理→去应力退火→精机械加工→成品。

此电机轴的热处理工艺技术要求如下：通过正火、调质、去应力退火等工艺后，硬度为 HRC18～HRC22，下面对它的热处理工艺进行简要说明。

（1）正火是将金属零件加热到上临界点（AC3或Acm）以上40℃～60℃或更高的温度，保温达到完全奥氏体化后，在空气中冷却的热处理工艺。40Cr钢属于中碳调质钢，正火工艺作为其预先热处理工艺，目的是均匀组织、细化晶粒、改善切削加工工艺性能，为最终热处理工艺——调质做好组织准备。40Cr钢电机轴的正火工艺参数见表2。

表2 40Cr钢正火工艺参数

（2）调质处理是对工件进行淬火＋回火，将工件加热到临界温度以上进行淬火，然后通过不同的介质迅速冷却，再根据不同工件的具体要求将工件加热到临界温度以下某个温度进行回火，以达到不同的硬度要求。

淬火是为了得到马氏体组织，以便通过回火使工件获得良好的使用性能。中碳钢得到全马氏体有一个临界淬火速度，但由于40Cr中加入Cr，使得其C曲线右移，临界淬火速度减小，油淬才可能达到其要求。40Cr钢的淬透性比较好，虽然是在油中冷却，但硬度较高，而且工件的变形、开裂倾向小。为降低成本，对形状不复杂的工件也可以在水中淬火，只要操作者严格掌握出入水的温度，就不易使工件发生开裂现象。

回火处理时，应注意高温回火后的冷却方式，针对40Cr钢回火后慢冷易产生第二类回火脆性的特点，钢件回火后的冷却方式应选择油冷，而不是空冷。钢件经油冷后，所产生的热应力小、韧性好。

经过调质处理，工件可获得综合力学性能良好的回火索氏体组织，保证了钢件的强韧性。具体的40Cr钢调质工艺参数见表3。

表3 40Cr钢调质工艺参数

（3）调质处理后，增加一道去应力退火（补充回火）工序，该工序是为了消除调质处理过程中毛坯和零件中产生的残余热应力，稳定工件尺寸及形状，进一步减少钢件切削加工和使用过程中的变形和裂纹倾向。测试结果表明，经过此处理后的工件基本都能满足高精密工件的基础技术要求。40Cr工件调质后硬度仍然偏高，工件通过450 ℃～500 ℃的中温回火可提高弹性极限和屈服强度，形状复杂的工件在油中冷却，简单形状的工件在水中冷却，目的是避免第二类回火脆性的影响，处理后硬度为HRC18～HRC22。具体的去应力退火工艺参数见表4。