Al含量对42CrMo锻件冲击吸收功的影响

陈先毅

(二重集团(德阳)重型装备股份有限公司，四川618013)



Al含量对42CrMo锻件冲击吸收功的影响

陈先毅

(二重集团(德阳)重型装备股份有限公司，四川618013)

对不同Al含量的42CrMo锻件进行了晶粒度检查和冲击试验，结果表明，Al含量较高的锻件晶粒度较高，而Al含量较低的锻件冲击吸收功较高。

Al含量；42CrMo；晶粒度；冲击吸收功

42CrMo钢因其经济性和较好的综合力学性能在国内外得到广泛应用，适合制造截面较大、受力要求较高的零部件(如各种轴、齿轮、活塞杆等)。冲击韧性是钢材的重要指标之一，尤其是在苛刻的使用环境下，对冲击韧性的要求非常高。通常认为Al在钢中形成AlN、Al2O3颗粒可起到细化晶粒的作用，而细化晶粒可提高韧性[1-2]。但另一方面，AlN、Al2O3颗粒也被认为是夹杂物，对韧性不利[1]。本文研究了不同Al含量的42CrMo钢锻件的冲击韧性，为实际生产提供一些参考。

1　试验材料制备工艺

从产品上切取两种不同化学成分的试棒，其制备流程如下：冶炼→锻造→锻后热处理→工件上切取试棒→对试棒进行调质处理。其中，冶炼的具体过程为：电炉粗炼钢水→钢包炉精炼→真空铸锭(锭型为67 t，化学成分见表1)。钢锭在120 MN的自由锻压机上锻制成型后进行锻后热处理，锻后热处理工艺为正火+回火。在经过锻后热处理的1#、2#工件上按图1分别切取试棒(相应地也标记为1#、2#)，试棒切下后进行调质处理，调质工艺如图2所示。试棒经调质后分别加工成25 mm×25 mm×25 mm的金相试样和10 mm×10 mm×55 mm的夏比V形缺口冲击试样。

2　晶粒度检查和冲击试验

按照GB/T 6394—2002《金属平均晶粒度测定方法》在Leica DMI500型金相显微镜上进行晶粒度检查，按照GB/T 229—1994《金属夏比缺口冲击试验方法》在JBN—500型摆锤式冲击试验机上进行冲击试验，并且测试了不同温度对冲击吸收功的影响。试验结果见表2。

3　试验结果分析

3.1晶粒度

Al在钢中形成细小分散的AlN、Al2O3，能够在1 100℃范围内阻止奥氏体晶粒长大，从而实现细化晶粒的作用[3]。只要钢中实际结合成AlN的Al超过0.007%，就可保证良好的晶粒细化效果[1]。42CrMo钢中的Al与O、N的亲和力最强，当钢中存在O、N时将优先与Al结合。Al与N、O的理想化学配比分别为1.93和1.13[3]。按照该化学配比，在1#试样中Al是过量的，结合成AlN的Al达到了0.011%，明显大于保证良好晶粒细化效果所需的最低量；在2#试样中Al是不足的，即使Al全部结合成AlN，其量也只有0.005%，明显小于保证良好晶粒细化效果所需的最低量。从表2可以看出，1#试样平均晶粒度为6.5级，2#试样平均晶粒度为5.5级，这反映了Al在细化晶粒上的效果。但与已检测出的Al的细化晶粒结果[1，4]为8～9级甚至10级的晶粒度相比，差距很大。原因可能是由于研究所用的试料来自67 t钢锭锻造的大锻件上，在钢锭制备时冷凝过程中冷却速度受限，对AlN、Al2O3的粒度和分布产生影响的结果。

表1　铸锭化学成分(质量分数，%)

图1　试棒切取示意图

图2 试棒调质工艺

表2　不同温度下的冲击吸收功和平均晶粒度试验结果

3.2冲击吸收功

表2中数据显示，2#试样的冲击吸收功在各温度条件下均明显高于1#试样。1#试样和2#试样在各温度下的冲击功平均值和增量值见表3。从表3可以看出，温度越低，2#试样冲击吸收功较1#增加越多。

表3　不同温度下的1#、2#试样冲击功对比

在一定温度下，影响钢的冲击吸收功的主要因素是化学成分和组织状态[2]。对比1#、2#试样的化学成分得出，除Al外，其他元素化学成分均处于同一水平。对冲击吸收功有利的Ni元素，1#试样略多于2#试样，而对冲击吸收功不利的P、S、As、Sn、Sb，1#试样的总量略少于2#试样。对于组织状态，因对热处理组织转变影响较大的C、Cr、Mo、Mn等含量基本相同，且热加工工艺相同，1#试样与2#试样的组织状态应基本相同。综合分析，认为导致1#试样冲击吸收功小于2#试样的原因是其Al含量高于2#试样。

Al在钢中形成的AlN、Al2O3颗粒虽然能够通过细化晶粒而提高冲击吸收功，但同时AlN、Al2O3颗粒是脆性夹杂物，又会降低冲击吸收功。通过试验证明，在Al含量对42CrMo锻件冲击功的影响上，不利因素起到了主导作用，导致了1#试样冲击吸收功明显小于2#试样。

4　结论

(1)Al含量为0.018%的42CrMo锻件晶粒度较Al含量为0.005%的42CrMo锻件晶粒度高1级，这说明Al的加入可以起到细化42CrMo锻件晶粒度的效果，但并不显著。

(2)Al在42CrMo锻件中形成的AlN、Al2O3颗粒对冲击吸收功尤其是低温的冲击吸收功不利，这种不利影响超过了其细化晶粒而提高冲击功的作用，最终导致Al含量较高的42CrMo锻件的冲击吸收功较低。

[1]陈家祥.炼钢常用图表数据手册(第二版)[M].北京：冶金工业出版社,2010：872,888.

[2]王从曾.材料性能学[M].北京：北京工业大学出版社,2004：62,63.

[3]干勇,田志凌，等.中国材料工程大典 第二卷 钢铁材料工程(上)[M].北京：化学工业出版社,2006：305,36.

[4]杜义,赵鹏，等.微量铝对20Mn1A电渣钢低温冲击韧性的影响[J].特殊钢,1998,19(5):21.

编辑杜敏

Influence of Aluminum Content on Impact Absorbing Energy of 42CrMo Forgings

Chen Xianyi

The examination of grain size and the impact test of 42CrMo forgings with different aluminum contents have been performed. The results show that the grain size of forgings is higher with higher aluminum content; however, the impact absorbing energy of forgings is higher with lower aluminum content.

aluminum content; 42CrMo; grain size; impact absorbing energy

2015—12—11

TG115.5+6

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