国产32Cr3MoVA材料性能研究
2014-09-13董俊
董 俊
(哈尔滨东安发动机(集团)有限公司, 哈尔滨 150066)
NITRALLOY"N"材料国产研制后采用32Cr3MoVA氮化钢材料。32Cr3MoVA为高纯净度氮化钢，国外生产制造技术已经非常成熟。但是国产化工作开始后,掌握32Cr3MoVA钢的冶炼方法和热加工工艺方法，解决该材料用于制造大截面零件的锻造、热处理的工艺问题是非常关键的。
1 国产32Cr3MoVA氮化钢入厂复验情况
1.1 国产研制32Cr3MoVA氮化钢技术指标
化学成分和机械性能技术指标要求如表1、2所示。
表1 国产32Cr3MoVA元素含量技术指标 %
表2 国产32Cr3MoVA的力学性能技术指标
1.2 国产32Cr3MoVA氮化钢检验数据
国产32Cr3MoVA氮化钢入厂检验项目分别为化学分析、机械性能、低倍组织、断口、晶粒度等。具体检验数据见表3和表4。
表3 32Cr3MoVA氮化钢化学含量 %
表4 32Cr3MoVA氮化钢机械性能数据
2 国产研制32Cr3MoVA材料试验
2.1 淬火、回火热处理状态下的机械性能试验
将32Cr3MoVA棒材，加工成φ20×10 mm左右的圆棒试料以及φ15×85mm和15×15×55mm的机械性能试料，首先进行淬火、回火和稳定回火处理。工艺参数如下：
淬火：温度950℃±10℃ 保温时间：1h50min～2h;油冷；回火：温度630℃±30℃ 保温时间：3h～4h；空冷；稳定回火：温度590℃±5℃ 保温时间：10h～12h 随炉冷；通氩气保护。淬火、回火后机械性能结果见表5，结果符合技术要求。
表5 淬火、回火后的机械性能数据
2.2 工艺试验
工艺参数为：氮化温度：530±5℃，氮化时间：105～120h，氨气分解率：45%，其中氨气为40%，裂解氨气为60%。
用上述工艺参数进行工艺试验得到结果为：
(1)硬度HRC60处的氮化层深度：0.23 mm(要求为不小于0.18mm)。
(2)氮化层深度：0.54mm(要求为0.47～0.61mm)。
(3)氮化后机械性能见表6。
表6 氮化后的机械性能结果
(4)金相组织：氮化索氏体+波纹状氮化物+0.016mm白层。
(5)表面硬度：93.0 HR15N，心部硬度：39.5 HRC。
从以上数据得出，氮化后的各项指标可以满足技术要求，结果较好。
2.3 零试件的氮化工艺试验
JSXX.14.475(弹性轴)试件和JSXX.14.025(固定齿圈)试件B均进行了工艺试验。特别是JSXX.14.025(固定齿圈)试件B，最大外径达到648mm，是我公司氮化零件中尺寸最大，变形要求最严格的。图样技术要求复杂，对齿轮的齿顶、齿高中部、齿根、齿根圆角等多处渗层深度都有很高的要求。零件经氮化后的技术指标如下：
(1)硬度HRC50处的氮化层深度和HRC60处氮化层深度见表7。
表7 HRC50和HRC60处氮化层深度
图样技术要求HRC≥50处为0.46～0.61mm ,HRC≥60处为0.18mm，从表7可以得出：氮化层深度数值基本处于渗层要求的数值中线。
(2)氮化后的机械性能见表8。
表8 氮化后做机械性能结果
从表8可以看出，机械性能指标都比较理想，氮化过程中对零件的机械性能影响不是很大，完全可以满足技术要求。
(3)氮化后的组织：要求为氮化索氏体+波纹状氮化物，见图1。
图1 氧化后组织图
通过金相组织图片可以看出,零件心部组织为索氏体，零件表面金相显微组织为氮化索氏体+波纹状氮化物,该组织满足图样中的要求。
(4)白层厚度：0.015mm，图纸要求≤0.02mm，满足要求。
(5)硬度梯度曲线：如图2。
图2 硬度梯度曲线
通过曲线可以看出零件表面氮化层硬度梯度比较圆滑、平缓，因为氮化过程中氮浓度从表面到心部逐步降低，因此氮化层硬度也是由表面向心部逐步降低，符合氮化原理。
(6)表面硬度HR15N 93.0～94.0，要求HR15N ≥92.5，满足技术要求。
从以上试验可以看出，此氮化零件从机械性能、渗层深度、金相组织、表面硬度等几方面，都满足图样技术要求。
3 结语
经过多次对32Cr3MoVA材料进行工艺试验，得出结论：
(1)32Cr3MoVA材料的各项性能、硬度、金相组织等指标均能满足进口材料技术指标的要求。
(2)确定该材料的热处理制度及氮化工艺参数如下：
氮化工艺参数：氮化温度530±5℃,氮化时间105～120h；氨气分解率45%，其中裂解氨气为60%、氨气为40%，随炉冷至≤150℃后出炉。
预备热处理：淬火温度950±10℃，保温时间1h50min～2h，油冷；回火温度630℃±30℃，保温时间3h～4h，空冷；稳定回火温度590℃±5℃，保温时间10h～12h，随炉冷至150℃出炉，通氩气保护。
