42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善

对出现异常组织的42CrMo钢锻坯进行了正火、调质处理,观察其经不同热处理工艺后的金相组织、力学性能变化。通过分析试验结果,研究预处理对该材质毛坯中异常组织的改善程度,为保证后续热处理质量及使用性能奠定基础。

序言

42CrMo是一种综合力学性能好、淬透性能好、应用广泛的中碳合金结构钢,在机械行业中常用于制造齿轮、连杆、高强度螺栓等重要零部件。某钢厂供42CrMo钢锻坯,其制造工序流程为:炉外精炼→铸锭→锻坯→正火。某公司采购该批锻坯用于制造带钢生产重卷机组中的卷取轴,最终热处理工艺为调质,力学性能要求为抗拉强度900～1100MPa、屈服强度≥650MPa、冲击吸收能量≥40J;在原材料入库检验中发现宏观、微观金相组织异常,初步判断该锻坯未进行正火处理。本文通过制定几种热处理方案,根据理化检测结果讨论分析该锻坯质量改善的方法与可能性。

理化检测

1. 化学成分分析

试验材料为42CrMo钢锻坯,按GB/T3077—2015《合金结构钢》中高级优质钢要求验收,经SPECTROLAB光谱仪检测,结果见表1,符合标准要求。

表1 锻坯样品化学成分(质量分数)

42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善-钢铁百科

2. 金相检测

对该锻坯进行原材料入库金相检测,根据GB/T 13298—2015《金属显微组织检验方法》要求取样后,按照GB/T 1979—2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》、GB/T 10561—2005《钢中非金属夹杂物含量的测定》等规定评定其低倍组织缺陷与非金属夹杂物级别,其宏观形貌如图1所示,显微组织如图2所示,检测结果见表2。

42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善-钢铁百科

图1锻坯试样低倍检验(1:1工业盐酸热蚀)

42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善-钢铁百科

a)粗大网状铁素体

42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善-钢铁百科

b)部分视场组织为索氏体

42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善-钢铁百科

c)部分视场组织为珠光体+少量贝氏体、铁素体

42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善-钢铁百科

d)部分视场组织粗大

图2 锻坯试样金相组织

表2 锻坯取样金相检测结果

42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善-钢铁百科

3. 力学性能检测

该锻坯按GB/T 2975—2018《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》要求制取样并进行力学性能检测,结果见表3。

表3 锻坯力学性能检测结果

42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善-钢铁百科

4. 热处理方案与理化检测结果比对

根据理化检测结果,该锻坯组织粗大,组织异常,力学性能较差,应为锻造质量不良且未进行适当的正火处理。为研究原材料组织对最终热处理(调质)的影响,验证各种热处理工艺对原材料质量改善程度,制定热处理方案,分析并提出改善措施。

现制定三种热处理工艺——正火、调质、正火+调质对锻坯余料进行试验,分别从热处理后的锻件上截取试样检测其金相组织、力学性能,将试验结果与设计要求进行比较,结果见表4。

表4 三种工艺处理后的性能指标与组织类型

42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善-钢铁百科

经分析与比对,经正火后的试样强度、韧性均明显提高,组织中网状铁素体消失,如图3所示;

42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善-钢铁百科

图3 正火(880℃空冷)后组织

锻坯直接调质的试样虽然消除了网状铁素体,但抗拉强度远低于技术要求且组织偏析明显,如图4所示;

42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善-钢铁百科

图4 调质(860℃油冷、610℃空冷)后组织

而经正火+调质的试样不仅各项性能指标达到技术要求,组织均匀性也得到明显改善,如图5所示。

42CrMo钢锻坯中异常组织分析与改善-钢铁百科

图5 正火+调质(880℃空冷+860℃油冷、610℃空冷)后组织

结束语

锻坯中产生的异常组织通常是由于锻造时温度过高,晶粒急剧长大,锻打时也未能细化晶粒而造成组织遗留。同时,锻后冷却速度不足导致了网状铁素体产生,会严重恶化材料的力学性能,特别是室温下的冲击韧度下降。为防止粗大晶粒和网状铁素体甚至魏氏组织的产生,应严格控制锻造时的加热温度,同时必须合理控制冷却速度。后通过正火处理可进一步细化组织,防止网状铁素体等组织遗留。

该锻坯未按要求进行正火处理,后续在原材料入库阶段应进一步加强金相检测,保证其符合正常工艺下的组织要求。如发现原始组织中存在组织粗大、网状铁素体甚至魏氏组织等异常现象,必须在淬火前进行正火处理,否则直接进入淬火或调质,得到的组织和性能不仅不能达到预期要求,甚至由于网状铁素体的存在对基体组织有割裂性,在淬火过程中会引起淬火裂纹,导致热处理过程中产品失效。

作者:沈静雯刘卫华

单位:常州宝菱重工机械有限公司

常州精密钢管博客网整理。