如何进行Cr-Ni-Mo系列钢的热处理操作

来源:金属材料及热处理作者:袁凤松

    这里主要介绍40CrNiMoA钢和45CrNiMoVA钢。40CrNiMoA钢是有很好综合性能的调质钢。特别是淬火后无论低温或高温回火后都有较高的疲劳强度和低的缺口敏感性,低温冲击韧度也很高。

    由于钢中化学成分铬含量与镍含量之比为12,使淬透性大大提高,当淬透性接近半马氏体硬度时(45HRC),水淬临界直径可达Φ100mm,油淬临界直径为Φ75mm。当淬硬到体积分数90%为马氏体时,水淬临界直径达Φ80~Φ90mm,油淬临界直径达Φ50~Φ60mm。所以用来制造承受冲击和循环载荷的重要零件。

    40CrNiMoA钢的预先热处理常用完全退火,一般加热到860℃保温一定时间后随炉缓冷到500℃以下出炉空冷。退火后的硬度应≤229HBW。预先热处理也可以用调质处理,即加热到850℃油淬,再在650~ 670回火后水冷。

    该钢的最终热处理是调质,轴类零件也常用调质后加表面淬火,以提高扭转疲劳寿命。选用盐水作淬火介质时常用820~840℃加热温度,油淬火时选用840~ 860℃加热温度。由于含有合金元素,热传导系数小,故同样尺寸的加热保温时间比中碳钢要延长1/4~1/3,回火温度在520~ 650℃之间,回火后可以在水中冷却(零件形状简单)或油中冷却(零件形状复杂)。中频淬火用自来水冷却的零件也可以冷却到300~350℃(表面)停止喷水自回水。图3-1040CrNiMoA钢的连续冷却转变图和不同回火温度后的力学性能。

 

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    3-10    40CrNiMoA钢连续冷却转变图和不同回火温度后的力学性能

    a) 40CrNiMoA钢连续冷却转变图  b)40CrNiMoA钢不同回火温度的力学性能

    40CrNiMoA850℃油淬火后的回火温度与硬度之间的关系见表3-27

    3-27    40CrNiMoA850CC油淬火后的回火温度与硬度之间的关系

 

    45CrNiMoVA钢调质后的抗拉强度大于等于1500MPa,冲击韧度aK40J/cm2。由于含有CrMoV元素,除淬透性高以外,V元素可细化晶粒,使钢的回火稳定性提高,在450℃回火后,抗拉强度仍达1500MPa。该钢油淬火的淬透直径为60mm,心部可得到体积分数为95%的马氏体。该钢在300430℃区间有第一类回火脆性。该钢主要用在飞机、大炮的重要零件及坦克的扭力杆等弹性零件。

    该钢的临界点温度是Ac1720℃,AC3825℃,Ms295℃。45CrNiMoVA钢常见的热处理工艺见表3-28

    3-28    45CrNiMoVA钢常见的热处理工艺

 

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    45CrNiMoVA钢不同尺寸和不同热处理工艺对性能的影响见表3-29

    3-29    45CrNiMoVA钢不同尺寸和不同热处理工艺对性能的影响

 

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    45CrNiMoVA钢不同回火温度对硬度的影响见表3-30

    3-30    45CrNiMoVA钢不同回火温度对硬度的影响

 

    由于CrNiMoV钢的综合性能好,强度接近超高强度钢,故常用作兵器材料和发电机组中材料。如坦克齿轮、发电机和汽轮机转子等。其主要钢号有30CrNi2MoV25CrN13MoV25Cr2NiMoV等。

    30CrNi2MoV钢的临界温度和热处理工艺见表3-31

    3-31    30CrNi2MoV钢的临界温度和热处理工艺

 

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    发电机转子用25CrNi3MoV钢,回火脆性的温度范围在350~ 575℃,它的奥氏体化温度在820~ 840℃,回火温度在600~ 640℃,25CrNi3MoV钢发电机转子调质后的力学性能见表3-32

    3-32    25CrN13MoV钢发电机转子调质后的力学性能

 

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    注:1.喷水激冷淬火强度高,轴身内外性能接近,脆性转变温度低。

    2.轴的直径为Φ1035 mm

    25Cr2NiMoV钢是汽轮机低压转子用钢,钢材的焊接性好。它的临界温度是Ac1735~755℃,AC3820~835℃。淬火温度为900℃,冷却方式为水冷或空冷,620℃回火。25Cr2N1MoV钢热处理后的力学性能见表3-33

    3-33    25Cr2NiMoV钢热处理后的力学性能

 

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