40Cr钢链板热处理硬度偏低的原因分析

代玉杰，王魁，刘涛，于洋

青岛金链检测技术服务有限公司 山东青岛 266705

1 序言

由于40Cr合金钢调质处理后具有良好的综合力学性能，因此在链条行业常用来制作较大规格链条的链板。而热处理后链板的硬度作为链板最重要的性能指标，其直接影响到链条的疲劳性能和极限拉伸载荷[1，2]。

某型号的链板在生产过程中，选用40Cr热轧退火的扁钢冲压成形（见图1），链板表面不再进行机械加工，成形后进行淬火、回火处理。但按照正常生产工序，链板热处理后检测表面硬度值低。

图1 链板实物（A面）

2 硬度检测

随机抽取一件链板，用HR-150A洛氏硬度计在链板的A面（打标一面）和B面均匀检测10个点，检测结果见表1。由表1可知，不但链板的硬度值绝大部分低于标准要求：40～45HRC，而且硬度值散差很大，最大值与最小值相差11HRC。

表1 链板不同位置的硬度 （HRC）

3 硬度梯度检测

取样后对A面和B面进行硬度梯度检测，结果如图2所示。链板的硬度随着距表面距离的增加，呈现先降低后增高的现象。由此推断，链板可能存在脱碳或冷却不良组织。

图2 链板硬度梯度

4 金相组织分析

为了进一步明确原因，对链板取样进行金相组织分析，如图3所示。由图3a可知，链板表面组织明显异常，整个异常区域可以分为3部分：其中Ⅰ区为回火屈氏体+少量条块状铁素体（见图3c）；Ⅱ区为板条状回火马氏体+大量条块状铁素体，铁素体含量明显较Ⅰ区增多（见图3d）；Ⅲ区为回火屈氏体+少量条块状铁素体，铁素体含量较少。而链板孔处（见图3b）和链板心部（见图3f）组织均正常，为回火屈氏体。

图3 链板金相组织

通过上述分析可知，链板热处理工艺正常，未发生表面冷却不良的现象，因此决定复检原材料。复检发现原材料表面存在不同程度的脱碳现象，如图4所示。所谓脱碳是指钢在热加工或热处理时，钢材表面在炉内气氛作用下失去了全部或部分碳，造成钢材表面的碳含量比内部减少的现象[3]。根据GB/T 224—2019《钢的脱碳层深度测定法》检测发现，原材料表面脱碳最严重处达0.20mm。

图4 原材料表面不同程度脱碳（100×）

当原材料表面存在脱碳时，在热处理碳势0.45%～0.55%的情况下，炉内碳势高出链板表面的碳含量，链板表面就会发生补碳现象[4]，表面的碳含量能恢复一部分。根据铁-碳相图，铁素体的奥氏体化温度是912℃。试验研究发现40Cr合金钢的奥氏体化温度约为800℃[5]。链板的淬火温度为 850℃，此温度低于铁素体的奥氏体化温度，脱碳层次表层中的铁素体组织在淬火加热过程中不能完全奥氏体化，进而在冷却过程中就不会形成马氏体组织，从而淬火、回火后链板次表层就会保留原铁素体组织，由此导致链板淬火、回火后链板硬度偏低。

5 结论与措施

1）40Cr合金钢脱碳层厚度越大，淬火后的硬度就越低；在淬火加热过程中，铁素体没有发生马氏体转变，导致链板淬火、回火后链板次表层中有较多的铁素体，使得链板硬度偏低。

2）由于原材料脱碳导致的链板硬度不合格，除了从源头保证原材料脱碳层深度符合要求外，还可以尝试进行复碳处理[6-8]。