热处理对40NiCrMo7钢淬透性的影响

张 博，邹 鹏，任 鹤，闫 卓，曲德毅

(沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 100869)

40NiCrMo7为镍铬钼系调制钢，是一种优质的合金钢，具有较高的强度、韧性，良好的淬透性以及抗过热稳定性[1]。淬透性，表示试样在淬火时获得硬化层深度大小的能力。所谓硬化层深度，是指从试样淬火表面起，垂直于试样表面测量，由表面到硬度值为某个值(或淬火组织的构成比例)时的距离[2]。钢铁材料的热处理淬透性是材料热处理的一项重要参数，是热处理前粗加工余量设计的重要参考依据，也是热处理淬火工艺参数制定的重要依据。

目前对40NiCrMo7锻件材料淬透性的研究比较少，生产过程中对热处理工艺参数制定主要来源于生产经验的积累，没有具体的试验数据支撑。因此，本文对40NiCrMo7锻件进行淬火及低温去应力回火，并研究了热处理对40NiCrMo7硬度及显微组织的影响。

1 试验材料和方法

试验用40NiCrMo7锻件合金钢采用真空精炼加电渣重熔后进行锻造，通过能谱检验材料化学成分见表1。查阅资料并结合实际生产经验[3]，可以预测材料淬透尺寸，确保试验中锻件心部未淬透，尺寸选为φ600 mm×600 mm，试验锻件用机械加工方式进行加工。对锻造40NiCrMo7合金进行850 ℃高温淬火，之后油冷至工件表面温度约150 ℃时出油空冷，随后进行200 ℃低温去应力退火处理[4]。

热处理试样线切割取样，见图1，进行金相组织观察；检验表面至心部的布氏硬度，硬度检验按有效厚度，每隔20 mm检一点，选取15个硬度检验试样，见图2。

表1 试样化学成分(质量分数，%)

图1 试样线切割取样示意图Fig.1 Sampling diagram by wire-electrode cutting

2 试验结果及分析

热处理后40NiCrMo7试样的硬度值见表2。可以看出，硬度由表面至心部逐渐降低，锻件表面硬度为458 HBW，从距离表面150 mm开始，硬度值下降明显，心部硬度只有287 HBW。

图2 硬度块取样示意图Fig.2 Sampling diagram of hardness block

淬透性是指钢在淬火时，形成马氏体的能力，其大小用钢在规定条件下所获得的淬透层深度来表示[5]。淬透性是选材和制定热处理工艺的重要依据。淬透层深度是指工件表面到半马氏体区(50%马氏体+50%非马氏体)的深度。容易形成马氏体的钢淬透性好；淬硬区深度大的钢，淬透性好。40NiCrMo7锻件表面、1/2有效厚度、心部三个位置的金相组织，如图3所示。

可以看出，锻件表面为淬火状态下典型的板条马氏体组织，尺寸大致相同的细马氏体条定向排列，组成马氏体束或马氏体领域。锻件1/2有效厚度处为50%马氏体+50%铁素体的混合组织。锻件心部具有明显的自回火特征，自回火现象出现在马氏体板条内，以短杆状的碳化物形式沉淀析出，其中一些碳化物沿某一方向近似平行排列。

表2 40NiCrMo7试样热处理后硬度值(HBW)

(a) 表面，100×；(b) 表面，500×；(c) 1/2有效厚度，100×；(d) 1/2有效厚度，500×；(e) 心部，100×；(f) 心部，500×图3 40NiCrMo7锻件显微组织(a) surface,100×;(b) surface,500×;(c) 1/2 effective thickness,100×;(d) 1/2 effective thickness,500×;(e) center,100×;(f) center,500×Fig.3 Microstructure of 40NiCrMo7 forgings

因此，尺寸为φ600 mm×600 mm的 40NiCrMo7锻件，淬透深度约为150 mm。

3 结论

1)热处理后40NiCrMo7试样的硬度由表面至心部逐渐减小，表面硬度最大为458 HBW，心部硬度最小为287 HBW。

2)φ600 mm×600 mm的40NiCrMo7锻件热处理后表面金相组织为典型的板条马氏体组织，距表面约150 mm处金相组织为马氏体50%与铁素体50%的混合体，中心处显微组织具有明显的自回火特征。