趙 琳

（山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030009）

1 概述

40Cr鋼是我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)，因其在調(diào)質(zhì)處理后具有較高的綜合力學(xué)性能、低的缺口敏感性和較高的低溫沖擊韌性，因此在機(jī)械制造業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。40Cr鋼的淬透性良好，水淬時(shí)可淬透到Ф28 mm～Ф60mm，油淬時(shí)可淬透到Ф15 mm～Ф40 mm；其除調(diào)質(zhì)處理外還適于氰化和高頻淬火處理；切削性能較好，當(dāng)硬度為HB174～HB229時(shí)，相對(duì)切削加工性為60%；適于制作機(jī)加工件，如一些軸類零件。

2 40Cr鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能

40Cr鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 40Cr鋼的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

40Cr鋼屬于中碳鋼，經(jīng)過(guò)一定的熱處理后可以獲得較好的韌性、耐磨性和塑性，并且價(jià)位適中。40Cr調(diào)質(zhì)鋼毛坯通過(guò)正火可以促進(jìn)組織性能球化，硬度小于160 HBS，具有較好的切削性能?；鼗饻囟仍?50 ℃～570 ℃時(shí)，可獲得最佳的綜合力學(xué)性能。40Cr調(diào)質(zhì)鋼的淬透性高于45鋼，適合高頻淬火、火焰淬火等表面硬化處理。調(diào)質(zhì)后經(jīng)常用于制造承受中等負(fù)荷及中等速度的機(jī)械零件，如機(jī)床上的齒輪、齒條等。

3 40Cr鋼熱處理工藝的制定

現(xiàn)以某廠的40Cr鋼電機(jī)軸為例，其加工工藝流程如下：鍛坯→正火→粗機(jī)械加工→調(diào)質(zhì)處理→去應(yīng)力退火→精機(jī)械加工→成品。

此電機(jī)軸的熱處理工藝技術(shù)要求如下：通過(guò)正火、調(diào)質(zhì)、去應(yīng)力退火等工藝后，硬度為 HRC18～HRC22，下面對(duì)它的熱處理工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

（1）正火是將金屬零件加熱到上臨界點(diǎn)（AC3或Acm）以上40℃～60℃或更高的溫度，保溫達(dá)到完全奧氏體化后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。40Cr鋼屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，正火工藝作為其預(yù)先熱處理工藝，目的是均勻組織、細(xì)化晶粒、改善切削加工工藝性能，為最終熱處理工藝——調(diào)質(zhì)做好組織準(zhǔn)備。40Cr鋼電機(jī)軸的正火工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 40Cr鋼正火工藝參數(shù)

（2）調(diào)質(zhì)處理是對(duì)工件進(jìn)行淬火＋回火，將工件加熱到臨界溫度以上進(jìn)行淬火，然后通過(guò)不同的介質(zhì)迅速冷卻，再根據(jù)不同工件的具體要求將工件加熱到臨界溫度以下某個(gè)溫度進(jìn)行回火，以達(dá)到不同的硬度要求。

淬火是為了得到馬氏體組織，以便通過(guò)回火使工件獲得良好的使用性能。中碳鋼得到全馬氏體有一個(gè)臨界淬火速度，但由于40Cr中加入Cr，使得其C曲線右移，臨界淬火速度減小，油淬才可能達(dá)到其要求。40Cr鋼的淬透性比較好，雖然是在油中冷卻，但硬度較高，而且工件的變形、開(kāi)裂傾向小。為降低成本，對(duì)形狀不復(fù)雜的工件也可以在水中淬火，只要操作者嚴(yán)格掌握出入水的溫度，就不易使工件發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。

回火處理時(shí)，應(yīng)注意高溫回火后的冷卻方式，針對(duì)40Cr鋼回火后慢冷易產(chǎn)生第二類回火脆性的特點(diǎn)，鋼件回火后的冷卻方式應(yīng)選擇油冷，而不是空冷。鋼件經(jīng)油冷后，所產(chǎn)生的熱應(yīng)力小、韌性好。

經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，工件可獲得綜合力學(xué)性能良好的回火索氏體組織，保證了鋼件的強(qiáng)韌性。具體的40Cr鋼調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 40Cr鋼調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)

（3）調(diào)質(zhì)處理后，增加一道去應(yīng)力退火（補(bǔ)充回火）工序，該工序是為了消除調(diào)質(zhì)處理過(guò)程中毛坯和零件中產(chǎn)生的殘余熱應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸及形狀，進(jìn)一步減少鋼件切削加工和使用過(guò)程中的變形和裂紋傾向。測(cè)試結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)此處理后的工件基本都能滿足高精密工件的基礎(chǔ)技術(shù)要求。40Cr工件調(diào)質(zhì)后硬度仍然偏高，工件通過(guò)450 ℃～500 ℃的中溫回火可提高彈性極限和屈服強(qiáng)度，形狀復(fù)雜的工件在油中冷卻，簡(jiǎn)單形狀的工件在水中冷卻，目的是避免第二類回火脆性的影響，處理后硬度為HRC18～HRC22。具體的去應(yīng)力退火工藝參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 40Cr鋼去應(yīng)力退火工藝參數(shù)

4 結(jié)論

40Cr鋼電機(jī)軸經(jīng)過(guò)正火、調(diào)質(zhì)、去應(yīng)力退火等熱處理工藝處理后，優(yōu)化了工件的內(nèi)部組織，使其擁有了更為優(yōu)良的綜合機(jī)械性能和較好的切削加工性能，從而擴(kuò)展了40Cr鋼的用途，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 張圭豐.金屬工藝學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

［2］ 樊東黎.熱處理工程師手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［3］ 許德珠.機(jī)械工程材料［M］.北京：高等教育出版社，1992.

［4］ 胡光立，謝希文.鋼的熱處理（原理和工藝）［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010.

［5］ 王忠誠(chéng)，齊寶森，李揚(yáng).典型零件熱處理技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.