重復(fù)淬火對(duì)材料SAE4130的性能影響
SAE4130相當(dāng)于中國牌號(hào)30CrMO相當(dāng)于日本SCM430,我單位生產(chǎn)的某SAE4130零件抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率、脫碳層的指標(biāo)要求高，對(duì)熱處理操作提出了苛刻的要求。原來處理的零件經(jīng)常因抗拉強(qiáng)度偏高多次回火后才能達(dá)到指標(biāo)要求，偶爾有因屈服強(qiáng)度偏低而需再次淬火。為使得多次淬火返工能有依據(jù)，特進(jìn)行重復(fù)淬火的工藝試驗(yàn)。工藝試驗(yàn)后對(duì)試樣進(jìn)行金相以及各項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)的檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)合格，給返工提供了依據(jù)，同時(shí)也積累了生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。
對(duì)3.2mm厚的SAE4130板材制成的封閉容器進(jìn)行多次試驗(yàn)，試驗(yàn)后從中加工拉伸試片。圖1所示為容器形狀示意圖。
圖1 試驗(yàn)容器外形圖
航標(biāo)中規(guī)定“制件允許重復(fù)熱處理。重復(fù)淬火次數(shù)，對(duì)于厚度大于1mm的零件，允許不超過二次；對(duì)于厚度小于或等于1mm的制件，僅允許一次”。零件用3.2mm厚板材，按標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)行重復(fù)二次淬火（即共淬火三次）。我們采用模擬零件的容器（見圖1 ）進(jìn)行多次淬火+回火的工藝試驗(yàn)，確認(rèn)返工是否對(duì)材料組織、性能造成不良影響，是否能達(dá)到要求的指標(biāo)σb≤1230MPa、σ0.2≥1030MPa、δ5≥7%。
1.工藝試驗(yàn)
（1）工藝試驗(yàn)方法
拉伸試樣的形狀、尺寸和實(shí)驗(yàn)方法按GB228-1976進(jìn)行，用WE-100B萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)定各力學(xué)性能；用FUTURE－TECH FM-700型硬度計(jì)按GB224-87進(jìn)行脫碳層測(cè)試。用DMI5000M金相顯微鏡檢查金相組織。
（2）試驗(yàn)工藝
采用進(jìn)口的愛協(xié)林可控氣氛熱處理爐進(jìn)行氣氛保護(hù)淬火。采用下列工藝進(jìn)行一次、二次、三次淬火，后進(jìn)行回火。
淬火：850～860℃，90～110min , 油淬。
回火：460～500℃，60～70min , 空冷。
各碳勢(shì)控制參數(shù)為：甲醇為1.0～1.6l/h，丙酮為0.3～0.9 l/h，氮?dú)鉃?/span>1.1 ～1.4m3/h，爐壓是1000～1500Pa，碳勢(shì)0. 4%～0.5％。
（3）試驗(yàn)內(nèi)容
分別取三個(gè)容器（容器編號(hào)為1#、2#和3#）進(jìn)行一次、二次、三次淬火+回火處理，試驗(yàn)后檢查金相組織、脫碳、機(jī)械性能，并作對(duì)比分析。
2.試驗(yàn)結(jié)果
（1）多次淬火回火后力學(xué)性能結(jié)果見表1。
表1 多次淬火回火結(jié)果對(duì)照
容器 編號(hào) | 力學(xué)性能結(jié)果 | 檢查 項(xiàng)目 | 備注 | ||
σb/MPa | σ0.2/MPa | δ5（%） | |||
1 | 1227 | 1190 | 10 | 脫碳， 力學(xué)性能 | 一次淬火 合格 |
1199 | 1173 | 11 | |||
1205 | 1179 | 11 | |||
2 | 1148 | 1104 | 9.3 | 二次淬火 合格 | |
1131 | 1089 | 11 | |||
1153 | 1106 | 9.4 | |||
3 | 1227 | 1170 | 8.9 | 三次淬火 合格 | |
1217 | 1166 | 9.2 | |||
1202 | 1143 | 8.9 | |||
（2）試驗(yàn)結(jié)果及分析
圖2為一次淬火回火（1#）、二次淬火回火（2#）和三次淬火回火（3#）試驗(yàn)容器金相組織及晶粒度照片，各容器金相組織及晶粒度的對(duì)照見表2。
圖2 1～3次重復(fù)淬火后的組織及晶粒度
表2 幾次淬火回火后金相組織及晶粒度的對(duì)照表
容器編號(hào) | 金相組織 | 晶粒度 |
1 | 回火索氏體 | 10級(jí) |
2 | 回火索氏體 | 10級(jí)，晶界加粗 |
3 | 回火索氏體 | 9級(jí)，晶界加粗 |
從對(duì)照表中可以看出三次淬火后的晶粒要比一次的低1級(jí)，但仍能達(dá)到9級(jí)，仍屬于細(xì)晶粒。進(jìn)行三次淬火回火后與一次淬火回火后組織無明顯差異。
依據(jù)此次工藝試驗(yàn)，對(duì)某爐強(qiáng)度偏低的零件進(jìn)行了三次淬火處理，返工后零件合格。經(jīng)過對(duì)零件后續(xù)加工進(jìn)行跟蹤，至后續(xù)爆破工序，抽取零件進(jìn)行爆破，爆破結(jié)果合格。驗(yàn)證產(chǎn)品能夠滿足設(shè)計(jì)使用要求。
3.結(jié)語
經(jīng)過此次工藝試驗(yàn)，驗(yàn)證了SAE4130化學(xué)成分正常時(shí)可以重復(fù)1～2次淬火，中間無需退火、正火。每次淬火后需按工藝正常回火，壓力零件進(jìn)行3次淬火后，材料組織正常，爆破抽驗(yàn)合格，滿足設(shè)計(jì)使用性能。此次試驗(yàn)，為產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了經(jīng)驗(yàn)積累，給零件返工提供了依據(jù)。
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