國(guó)產(chǎn)32Cr3MoVA材料性能研究

董 俊

(哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限公司, 哈爾濱 150066)

NITRALLOY"N"材料國(guó)產(chǎn)研制后采用32Cr3MoVA氮化鋼材料。32Cr3MoVA為高純凈度氮化鋼，國(guó)外生產(chǎn)制造技術(shù)已經(jīng)非常成熟。但是國(guó)產(chǎn)化工作開(kāi)始后,掌握32Cr3MoVA鋼的冶煉方法和熱加工工藝方法，解決該材料用于制造大截面零件的鍛造、熱處理的工藝問(wèn)題是非常關(guān)鍵的。

1 國(guó)產(chǎn)32Cr3MoVA氮化鋼入廠復(fù)驗(yàn)情況

1.1 國(guó)產(chǎn)研制32Cr3MoVA氮化鋼技術(shù)指標(biāo)

化學(xué)成分和機(jī)械性能技術(shù)指標(biāo)要求如表1、2所示。

表1 國(guó)產(chǎn)32Cr3MoVA元素含量技術(shù)指標(biāo) %

表2 國(guó)產(chǎn)32Cr3MoVA的力學(xué)性能技術(shù)指標(biāo)

1.2 國(guó)產(chǎn)32Cr3MoVA氮化鋼檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

國(guó)產(chǎn)32Cr3MoVA氮化鋼入廠檢驗(yàn)項(xiàng)目分別為化學(xué)分析、機(jī)械性能、低倍組織、斷口、晶粒度等。具體檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3和表4。

表3 32Cr3MoVA氮化鋼化學(xué)含量 %

表4 32Cr3MoVA氮化鋼機(jī)械性能數(shù)據(jù)

2 國(guó)產(chǎn)研制32Cr3MoVA材料試驗(yàn)

2.1 淬火、回火熱處理狀態(tài)下的機(jī)械性能試驗(yàn)

將32Cr3MoVA棒材，加工成φ20×10 mm左右的圓棒試料以及φ15×85mm和15×15×55mm的機(jī)械性能試料，首先進(jìn)行淬火、回火和穩(wěn)定回火處理。工藝參數(shù)如下：

淬火：溫度950℃±10℃ 保溫時(shí)間：1h50min～2h;油冷；回火：溫度630℃±30℃ 保溫時(shí)間：3h～4h；空冷；穩(wěn)定回火：溫度590℃±5℃ 保溫時(shí)間：10h～12h 隨爐冷；通氬氣保護(hù)。淬火、回火后機(jī)械性能結(jié)果見(jiàn)表5，結(jié)果符合技術(shù)要求。

表5 淬火、回火后的機(jī)械性能數(shù)據(jù)

2.2 工藝試驗(yàn)

工藝參數(shù)為：氮化溫度：530±5℃，氮化時(shí)間：105～120h，氨氣分解率：45%，其中氨氣為40%，裂解氨氣為60%。

用上述工藝參數(shù)進(jìn)行工藝試驗(yàn)得到結(jié)果為：

(1)硬度HRC60處的氮化層深度：0.23 mm(要求為不小于0.18mm)。

(2)氮化層深度：0.54mm(要求為0.47～0.61mm)。

(3)氮化后機(jī)械性能見(jiàn)表6。

表6 氮化后的機(jī)械性能結(jié)果

(4)金相組織：氮化索氏體+波紋狀氮化物+0.016mm白層。

(5)表面硬度：93.0 HR15N，心部硬度：39.5 HRC。

從以上數(shù)據(jù)得出，氮化后的各項(xiàng)指標(biāo)可以滿足技術(shù)要求，結(jié)果較好。

2.3 零試件的氮化工藝試驗(yàn)

JSXX.14.475(彈性軸)試件和JSXX.14.025(固定齒圈)試件B均進(jìn)行了工藝試驗(yàn)。特別是JSXX.14.025(固定齒圈)試件B，最大外徑達(dá)到648mm，是我公司氮化零件中尺寸最大，變形要求最嚴(yán)格的。圖樣技術(shù)要求復(fù)雜，對(duì)齒輪的齒頂、齒高中部、齒根、齒根圓角等多處滲層深度都有很高的要求。零件經(jīng)氮化后的技術(shù)指標(biāo)如下：

(1)硬度HRC50處的氮化層深度和HRC60處氮化層深度見(jiàn)表7。

表7 HRC50和HRC60處氮化層深度

圖樣技術(shù)要求HRC≥50處為0.46～0.61mm ,HRC≥60處為0.18mm，從表7可以得出：氮化層深度數(shù)值基本處于滲層要求的數(shù)值中線。

(2)氮化后的機(jī)械性能見(jiàn)表8。

表8 氮化后做機(jī)械性能結(jié)果

從表8可以看出，機(jī)械性能指標(biāo)都比較理想，氮化過(guò)程中對(duì)零件的機(jī)械性能影響不是很大，完全可以滿足技術(shù)要求。

(3)氮化后的組織：要求為氮化索氏體+波紋狀氮化物，見(jiàn)圖1。

圖1 氧化后組織圖

通過(guò)金相組織圖片可以看出,零件心部組織為索氏體，零件表面金相顯微組織為氮化索氏體+波紋狀氮化物,該組織滿足圖樣中的要求。

(4)白層厚度：0.015mm，圖紙要求≤0.02mm，滿足要求。

(5)硬度梯度曲線：如圖2。

圖2 硬度梯度曲線

通過(guò)曲線可以看出零件表面氮化層硬度梯度比較圓滑、平緩，因?yàn)榈^(guò)程中氮濃度從表面到心部逐步降低，因此氮化層硬度也是由表面向心部逐步降低，符合氮化原理。

(6)表面硬度HR15N 93.0～94.0，要求HR15N ≥92.5，滿足技術(shù)要求。

從以上試驗(yàn)可以看出，此氮化零件從機(jī)械性能、滲層深度、金相組織、表面硬度等幾方面，都滿足圖樣技術(shù)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多次對(duì)32Cr3MoVA材料進(jìn)行工藝試驗(yàn)，得出結(jié)論：

(1)32Cr3MoVA材料的各項(xiàng)性能、硬度、金相組織等指標(biāo)均能滿足進(jìn)口材料技術(shù)指標(biāo)的要求。

(2)確定該材料的熱處理制度及氮化工藝參數(shù)如下：

氮化工藝參數(shù)：氮化溫度530±5℃,氮化時(shí)間105～120h；氨氣分解率45%，其中裂解氨氣為60%、氨氣為40%，隨爐冷至≤150℃后出爐。

預(yù)備熱處理：淬火溫度950±10℃，保溫時(shí)間1h50min～2h，油冷；回火溫度630℃±30℃，保溫時(shí)間3h～4h，空冷；穩(wěn)定回火溫度590℃±5℃，保溫時(shí)間10h～12h，隨爐冷至150℃出爐，通氬氣保護(hù)。