23CrNi3Mo的熱處理工藝性試驗(yàn)

楊彩娟，王玉奎

（天水風(fēng)動(dòng)機(jī)械有限責(zé)任公司，甘肅天水741020）

23CrNi3Mo作為一種較新型的材料，通過(guò)對(duì)其預(yù)熱處理、滲碳、淬火、回火等不同階段的熱處理工藝試驗(yàn)，取得了大量的相關(guān)數(shù)據(jù)。為該材料工件的加工工藝制定和優(yōu)化提供了一些參考?，F(xiàn)將其試驗(yàn)情況介紹如下：

根據(jù)某行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定23CrNi3Mo鋼的化學(xué)成分如下表所示：

經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)材料分析其化學(xué)成分都符合上述標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。同時(shí)，為了使試驗(yàn)貼近生產(chǎn)實(shí)際.我們以23CrNi3Mo為材料的一種釬具產(chǎn)品的加工工序?yàn)槔M(jìn)行試驗(yàn)，其工藝路線大體如下：

鍛造→預(yù)熱處理→機(jī)加→滲碳→高溫回火→二次機(jī)加→淬火→回火→檢查

1 預(yù)熱處理試驗(yàn)：

鍛造是機(jī)械行業(yè)獲得零件雛形的常用方法之一，此法不但節(jié)省材料，且獲得的零件組織致密，強(qiáng)度進(jìn)一步提高。但鍛后由于擠壓變形和冷卻較快使工件硬度較高，給后序加工帶來(lái)困難。為降低其硬度同時(shí)也為改善其內(nèi)部組織，預(yù)熱處理（即：正火、退火或高溫回火）是熱處理的常用方法。下面是材料為23CrNi3Mo的工件在680～920℃區(qū)域內(nèi),不同溫度下保溫一定時(shí)間后,出爐空冷獲得的溫度與硬度的對(duì)應(yīng)變化曲線：（如圖1）

圖1 不同溫度下（空冷）的硬度曲線

從曲線上可以看出，在800～920℃之間形成了一個(gè)波峰，860℃左右是其最高峰，峰值約46HRC，800℃向前逐漸下降，在800～740℃之間下降較平緩，740℃往前下降較快，至680℃時(shí)，硬度值降至25HRC左右。作為正火處理，其溫度應(yīng)在相變溫度以上，從后面的淬火試驗(yàn)得知，相變溫度應(yīng)在760℃以上，可在760℃以上空冷獲得的硬度值≥37HRC，即使車(chē)削加工也比較困難（車(chē)削加工適宜硬度應(yīng)在13～15HRC）。但隨著刀具和加工設(shè)備的不斷發(fā)展更新，15～35HRC硬度下的加工也經(jīng)常進(jìn)行，所以，采用680℃溫度下的高溫回火，即可以獲得25HRC的硬度，同樣采用完全退火也能實(shí)現(xiàn)此目的，但完全退火的冷卻速度須相當(dāng)緩慢，具體情況尚待試驗(yàn)研究。

2 滲碳試驗(yàn)

為貼近生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)鍛后高溫回火的工件切成小段，按實(shí)際生產(chǎn)采用多用可控氣氛設(shè)備進(jìn)行滲碳。碳勢(shì)：1.15C%，滲碳溫度：920℃，時(shí)間約16h（滲碳+擴(kuò)散），冷卻方式：油冷。滲碳后的試樣經(jīng)切片檢測(cè)：碳層為1.8mm，表面硬度為：59HRC，組織為：針狀馬氏體+殘余奧氏體（見(jiàn)圖2）；心部硬度為：45～46HRC，組織為：低碳板條馬氏體（見(jiàn)圖3）。

圖2

圖3

由于滲碳后工件還需進(jìn)一步機(jī)加，所以又采用了680℃的高溫回火，心部硬度雖降至25HRC，可表面硬度卻接近35HRC，這個(gè)硬度雖然較高，但對(duì)車(chē)加工影響不大，滲碳后的回火除降低硬度外還可以防止工件開(kāi)裂。碳層深度問(wèn)題可采取增減時(shí)間、調(diào)節(jié)碳勢(shì)參數(shù)等因素,即可達(dá)到控制以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3 淬火試驗(yàn)

從740℃～920℃之間，每隔20℃我們進(jìn)行了滲碳后試樣的淬火試驗(yàn)，其淬后的表面硬度、心部硬度與淬火溫度的對(duì)應(yīng)曲線如下：

圖4 不同溫度下油冷的硬度曲線

從曲線上可以看出，表面硬度在780～820℃之間有一個(gè)高峰，850℃之后至920℃基本趨于同一個(gè)值。而心部硬度在780℃后至920℃之間基本是一條平行于t軸的直線。

740℃時(shí),由于淬火溫度較低，試樣的奧氏體化程度及奧氏體化后碳化物的溶解性差，其組織中存在著大片的鐵素體。表層組織也有不均，但相對(duì)不很明顯。760℃的試樣基本消除了以上現(xiàn)象，而780～860℃的組織非常均勻，晶粒度均在8級(jí)以上，900℃以上，組織雖然均勻，但晶粒度級(jí)別下降，晶粒趨向粗大，因此，淬火溫度選擇在780～880℃之間最好，如果考濾較高的表面硬度，淬火溫度選在780～820℃之間最好。

下面圖5、圖6為820℃時(shí)淬火,放大400倍時(shí)的心部與表層的金相組織圖：

圖5 820℃淬火心部組織

圖6 820℃淬火表層組織

4 回火試驗(yàn)

確定了淬火溫度后,我們又選擇了在同一溫度下淬火，于180～260℃范圍內(nèi)、每隔20℃進(jìn)行的回火試驗(yàn)，其表面硬度、心部硬度隨溫度變化曲線如下：

圖7 同一溫度淬火后不同溫度回火的硬度曲線

由曲線可見(jiàn)，回火對(duì)淬火后的表面硬度影響較大，下降幅度在3～6HRC，而整體隨溫度變化的幅度并不大。其組織為回火馬氏體加顆粒狀碳化物，如圖9所示；心部硬度在淬、回火后基本沒(méi)有變化。其組織為回火馬氏體，如圖8所示。

5 結(jié)論

綜上所述，材料為23CrNi3Mo的熱處理特性應(yīng)有以下幾點(diǎn)：

（1）軟化不同于其它材料，通過(guò)正火不能獲得低于37HRC的硬度，只有通過(guò)680℃高溫回火或完全退火才能獲得≤25HRC的硬度。

圖8 820℃淬火200℃回火心部組織

圖9 820℃淬火200℃回火表層組織

（2）淬火溫度較寬，而且在780℃～880℃范圍內(nèi)的均能得到相近的心部硬度，這種特性便于熱處理工藝控制。

（3）通過(guò)滲碳等表面處理，可實(shí)現(xiàn)表面與心部相差15～20HRC的硬度差，滿(mǎn)足了部分件即要耐磨和較高的機(jī)械性能，又要具備良好沖擊韌性的需要。

根據(jù)以上試驗(yàn)記錄，我們對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并應(yīng)用于沖擊類(lèi)零件的熱處理生產(chǎn)，經(jīng)驗(yàn)證，工藝穩(wěn)定、效果良好，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，并逐步擴(kuò)展應(yīng)用于其它類(lèi)產(chǎn)品零件的生產(chǎn)。

[1]張國(guó)櫸.長(zhǎng)壽命小釬桿用釬鋼研究開(kāi)發(fā)方向[J].鑿巖機(jī)械氣動(dòng)工具,2001(2):23-26.

[2]古立新，金建軍.回火溫度對(duì)23CrNi3Mo鋼組織和性能的影響[J].材料工程，2007（1）：7-10.