40CrNi2Si2MoVA钢锻造加热工艺参数优化

崔一平 魏志坚 夏欲民 卢 艳 浦斯洪

(贵州安大航空锻造有限责任公司，贵州561005)

40CrNi2Si2MoVA是一种低合金超高强度钢。该钢淬透性好，抗回火能力强，不但具有超高的强度而且还有优良的横向塑性、断裂韧度、抗疲劳性能以及抗应力腐蚀性能，是目前世界上强度较高，综合性能较好，在军用、民用飞机上使用最成熟的起落架用钢。该钢对缺口和氢脆比较敏感，具有明显的过热敏感性，在锻件生产中容易出现低倍粗晶，所以热工艺参数的制定及控制极为关键。

1 实验材料、方法及结果

1.1 实验材料

实验用40CrNi2Si2MoVA钢是抚钢生产的规格为∅200 mm的棒材，采用真空感应加真空自耗冶炼。棒材原始晶粒度为7级，经超声波探伤未见超标单显，杂波∅1.2-6dB。化学成分见表1。

1.2 试验方法及结果

表1 化学成分(质量分数，%)Table 1 The chemical composition(mass fraction, %)

1.2.1 变形试验及结果

分别取∅200 mm×100 mm、∅200 mm×150 mm的棒材在1 160℃下采用天然气炉加热，保温时间按0.3 min/mm控制。在30 kN自由锻锤上沿轴向分别拔长至□120 mm×L、□150 mm×L，标记“1”、“2”。一火完成，终锻温度实测910℃，锻后空冷。锻件热处理制度为：正火925±10℃ ，回火700±10℃。锻件经超声波探伤未见超标单显，杂波∅1.2-9dB。试样经870℃油淬处理后，检查晶粒度均为8级。低倍组织符合验收标准，力学性能试样经870℃油淬，300℃回火两次后，测试结果见表2。

1.2.2 空烧试验检查晶粒度

从标记为“1”、“2”的锻件上分别切取小试块各5块，保温20 min空烧后空冷，并进行预备热处理(正火925±10℃，回火700±10℃)，最后进行870℃油淬处理。按照直接腐蚀法检查晶粒度结果见表3。

表2 力学性能Table 2 The mechanical property

表3 晶粒度结果Table 3 The results of grain size

2 实验结果分析

根据变形试验可知，在原材料组织状态一致的情况下，采用不同变形量(1#锻件变形量54%、2#锻件变形量28%)的锻造变形，热处理后超声波探伤杂波水平比原棒材下降3dB，晶粒度从7级提高到8级，锻件性能指标均合格且基本在同一数量级。

鉴于40CrNi2Si2MoVA钢锻件最容易出现粗晶，因此相关资料介绍钢坯每次变形量应不小于35%。但是在实际生产中，尤其是模锻件的生产及自由锻件的整形，不可避免的存在变形量小于30%的情况。为防止锻件在小变形时的晶粒长大，适当降低锻件加热温度是一种可行的方法。小试块空烧试验表明，在920℃、950℃、980℃空烧后，晶粒度由8级降为7级，但在1 120℃空烧后，晶粒度由8级降为6.5级，在1 160℃空烧后，晶粒度由8级降为6级。因此选1 000℃进行加热，保证在锻件小变形及整形时有约150℃的温度范围(终锻温度按不小于850℃计算)应该是可行的。

3 生产验证情况

某机型两项40CrNi2Si2MoVA钢外筒自由锻件尺寸较大，毛料重量分别达775 kg、310 kg，分别采用∅350 mm、∅300 mm棒材生产，投产锻件及对应棒材晶粒度情况见表4。

表4 棒材晶粒度情况Table 4 The grain size of bar material

因原材料晶粒度基本均匀，且符合锻件的晶粒度要求，因此经二火改锻后直接在12.5 MN水压机上按锻件图尺寸要求进行成形，变形量在50%左右。但是因为棱角出现塌角造成尺寸不符合图纸要求。按照前期实验结果将此两项锻件在1 000℃加热，通过局部小变形整形后最终满足锻件尺寸要求。理化测试组织合格，晶粒度符合验收标准，力学性能见表5。

表5 力学性能Table 5 The mechanical property

4 结论

为避免锻件产生粗晶，正常锻造加热温度下每次变形量一般应不小于35%。但因模锻或整形需要采用局部小变形时，锻造加热温度可按1000℃进行。

[1] 《中国航空材料手册》编辑委员会.中国航空材料手册，第1卷.中国标准出版社.

[2] 六一二研究所.300 M钢在八三工程起落架上的应用技术研究.