基于Deform35CrMo钢大锻件组织遗传现象研究

林伟强

（泉州轻工职业学院 智能工业系，福建 泉州 362200）

基于Deform35CrMo钢大锻件组织遗传现象研究

林伟强

（泉州轻工职业学院 智能工业系，福建 泉州 362200）

分析船用大锻件35CrMo钢的遗传倾向及产生原因，研究加热速度、保温时间、冷却方式、加热方式对组织遗传的影响。研究结果表明中速（200～300℃/分）加热至Ac1～Ac3区间高温域停留，而后升温至Ac3以上奥氏体化，可消除组织遗传。

大锻件；组织遗传；Deform；35CrMo；研究

现有研究表明，锻造中的形变温度和停锻温度对奥氏体晶粒大小影响显著，对后续热处理具有遗传性[1]；而加热火次、加热周期与加热金属量等工艺参数依赖于原材料的性质。因此，对于具有遗传性且难以消除的缺陷应该严格控制原材料工艺和锻造工艺，以降低热处理能耗；而对于无遗传性且通过热处理可以消除的缺陷，则可以简化锻造工艺、节省锻造过程的能耗[2]。对于船用大型超长轴类零件，则需重点考虑变形协调、材料化学成分的偏析协调以及沿轴方向的组织均匀性协调等问题。

1 研究对象

如图1所示广州造船厂某船用中间轴锻件，下料重量6t，拟采用8t的35CrMo八角钢锭锯切开料锻造，拟采用倒棱、滚圆、内凹V型砧多次分段拔长等特殊锻造工艺方法进行[3]。

图1 某船用中间轴锻造现场

图2 晶粒遗传产生条件的示意图

船用锻件尺寸较大，锻造过程复杂，晶粒细化的程度直接影响锻件质量。本文研究船用大型锻件的锻造工艺，基于Deform软件进行模拟对比，分析不同加热规范、压下率、加热速度等对晶粒细化及组织遗传的影响。

2 35CrMo钢的组织遗传及解释

组织遗传是非平衡组织（M、B等）缓慢加热至Ac1附近出现与母相保持K－S关系的针形奥氏体的结果[4]。马氏体组织加热时随着两种不同奥氏体化过程的发展程度，在完全奥氏体化后导致了不同程度的奥氏体晶粒遗传。

从马氏体在不同温度等温加热的奥氏体化过程，可以清楚地看到片状奥氏体在接近Ac1时形成，随着温度升高连成一大片，与铁素体相间呈层状组织，而在Ac1以上30℃出现球状奥氏体。如果在球状奥氏体出现温度以下长时间保温，促使片状奥氏体充分发展，则在继续升温过程中即将球状奥氏体的形成完全抑制，片状奥氏体通过侧向长大耗尽相间的铁素体，连成一片而恢复原始奥氏体晶粒的形状及大小，即产生组织遗传。

35CrMo钢中含有较高的合金元素，以弥散质点分布在铁素体基体上，强化了铁素体，也提高铁素体的再结晶温度。另外，大锻件的加热速度受截面尺寸的限制，只能缓慢升温，即使是热装炉，也不会超过50℃/h，这为片状奥氏体充分发展提供了条件，故使得35CrMo钢大锻件具有遗传倾向，即晶粒难以细化。

3 正交实验

在热处理过程中，影响35CrMo钢晶粒尺寸的工艺因素主要有：加热速度、保温时间、加热方式和冷却方式。因此，本论文利用正交实验法，选取上述4种工艺因素进行正交设计。其因素水平表如表1所示。

由于这4种因素之间没有相互作用，所以采用L8正交表。其正交表如表2所示，模拟结果如图3所示。

表1 因素水平表

表2 正交实验表

经过计算处理后，得出的直观分析表如表3所示。

表中，K1、K2分别表示因素A、B、C、D在水平1和2模拟的晶粒尺寸之和；k1、k2为各因素在两水平中的平均晶粒尺寸；结果Xi表示代表点的模拟晶粒尺寸。

表3 直观分析表

从表中可以看出，对35CrMo钢热处理晶粒尺寸的影响程度依次为加热速度、加热方式、保温时间、冷却方式。在加热速度中，中速加热优于慢速加热，同理，利用阶梯加热方式、保温3.5h、AQ251淬火液所模拟的晶粒尺寸明显比其余水平要小。

4 金相实验

模拟结果表明，加热速度是影响组织遗传的一个重要因素。快速和慢速加热均会引起组织遗传，中速加热会发生晶粒细化。为了能和数值模拟作对比，以下将从实验方面进行论证。

经粗化处理后，平均晶粒度在0级左右，如图4a。保温温度取1200℃，保温时间为10min，加热速度分别取2℃/min和200℃/min，测得晶粒度为1级和3级左右，如图4b、c所示。

本次实验采用慢速和中速加热，晶粒度分别为1级和3级，如图4b、c所示。分析原因认为：改变加热速度的实质是造成发生加热转变时的不同过热度。对比图4a、b，经慢速加热至860℃,可观察到明显的晶粒遗传现象，而中速加热则没有晶粒遗传现象。由此可见，加热速度对晶粒遗传的影响和奥氏体化过程密切相关。

图3 模拟结果

图4 实验结果（×200）

5 结论

通过对热处理过程中影响35CrMo钢大锻件晶粒尺寸因素的模拟分析，得出35CrMo钢大锻件热处理过程组织遗传规律。对如何防止或改正粗大组织的遗传提供了新的观点。

（1）热处理过程，对35CrMo钢晶粒尺寸影响最大的是加热速度。

（2）对防止或改正粗大组织的遗传有以下方式：①在略低于Ac1的温度进行长期（大于1h）保温，而后再升温至Ac3以上奥氏体化淬火，可以消除组织遗传。②中速（200～300℃/分）加热至Ac1～Ac3区间高温域停留，而后升温至Ac3以上奥氏体化，可消除组织遗传。

[1] 彭金明,汪宏斌,吴晓春.终锻温度和变形量对贝氏体型非调质钢强韧性的影响[J].钢铁,2009,（5）：56-58.

[2] 刘世程,李国柱,王莎莎,等.几种结构钢加热转变时针状奥氏体的形成规律及组织遗传[J].金属热处理学报，1992，（4）：39-45.

Study on structure heredity of large forgings on the basis of Deform35CrMo Steel

LIN Weiqiang
（Department of Intelligent Industry,Quanzhou College of Technology,Quanzhou 362200,Fujian China）

The heredity tendency and its cause have been analyzed to the 35CrMo steel large forgings.The influence of heating speed,holding time,cooling and heating mode to the structure heredity has been studied.The results show that the structure heredity can be eliminated when it is firstly heated to Ac1～Ac3 on medium speed(200～300℃/min)and stayed,then up to above Ac3 and become austenitic.

Deform;35CrMo;Large forgings;Structure heredity

TG156.1；TG316.2

A

10.16316/j.issn.1672－0121.2017.01.017

1672－0121（2017）01－0067－03

2016－10－20；

2016－12－15

2010～2012年度广东省第二批重大科技专项资助项目（2009A080304004）

林伟强（1988－），男，智能工业系副主任，讲师，从事机械设计与制造研究。E－mail：oldqiang375025206@qq.com