熱處理工藝對(duì)18CrNiMo7

熱處理工藝對(duì)18CrNiMo7-6滲碳鋼奧氏體晶粒度的影響■顧曉明，劉俊偉，李康康，馬良，丁盛【期刊名稱】金屬加工：熱加工【年（卷），期】2015（000）007【總頁數(shù)】3在風(fēng)電等重載齒輪制造領(lǐng)域，低碳高合金滲碳鋼18CrNiMo7-6已成為當(dāng)前主流用鋼，該滲碳鋼在國外普遍采用滲碳后降溫直接淬火方法，而在國內(nèi)，由于鋼錠成分偏析等問題，為防止出現(xiàn)混晶或粗晶缺陷，通常采用滲碳后重新加熱熱處理方法。對(duì)于重載滲碳齒輪而言，滲碳淬火后的心部晶粒度影響心部塑性及韌性，心部粗晶或混晶將大幅降低塑性及韌性，降低使用壽命。齒輪滲碳鋼的晶粒度控制通過鍛件環(huán)節(jié)的奧氏體晶粒度試驗(yàn)來監(jiān)控，通過鍛件環(huán)節(jié)的晶粒度試驗(yàn)來預(yù)知最終滲碳淬火熱處理后的實(shí)際心部晶粒度， GB/T6394-2002標(biāo)準(zhǔn)有數(shù)種奧氏體晶粒度試驗(yàn)方法，因此，采用何種試驗(yàn)方法方可真實(shí)反映重載齒輪滲碳后重新加熱淬火的實(shí)際奧氏體晶粒度顯得尤為重要。試驗(yàn)材料及設(shè)備試驗(yàn)材料化學(xué)成分見表1，試驗(yàn)設(shè)備包括試驗(yàn)電爐、滲碳爐、顯微鏡等，電爐型號(hào)為SXL-1016，滲碳爐型號(hào)為VBEs-160/300，顯微鏡型號(hào)為奧林巴斯GX51。試驗(yàn)方法和結(jié)果分析（1）熱處理工藝試驗(yàn)材料取自風(fēng)電齒輪本體，鍛后熱處理采用正火加高溫回火，鍛后組織為粒狀B+F（見圖1）。參照GB/T6394-2002制定六種熱處理工藝方案，工藝方案匯總?cè)绫?所示。方案中的830OC溫度選擇基于18CrNiMo7-6材質(zhì)Ac3線為820°C，該材質(zhì)通常采用(830±10)°C奧氏體化淬火。方案6為試樣隨同熔爐號(hào)的風(fēng)電齒輪產(chǎn)品進(jìn)行滲碳淬火回火熱處理，檢測(cè)其最終熱處理后的實(shí)際奧氏體晶粒度，將方案1~5的鍛件奧氏體晶粒度結(jié)果與方案6結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以確定何種鍛件奧氏體晶粒度試驗(yàn)方法可以真實(shí)反映產(chǎn)品最終實(shí)際奧氏體晶粒度。(2)奧氏體晶粒度顯示方法方案1~4以及方案6淬火回火后獲得回火馬氏體組織，采用飽和苦味酸溶液+十二烷基苯磺酸鈉浸蝕劑，室溫浸蝕時(shí)間45min;方案5滲碳后爐冷，在滲碳層的過共析區(qū)的奧氏體晶界上析出滲碳體網(wǎng)，采用4%硝酸酒精腐蝕，將清晰顯示出奧氏體晶界。(3)試驗(yàn)結(jié)果六種熱處理方案浸蝕后的奧氏體晶粒度如圖3~9所示，晶粒度級(jí)別選取代表性典型視場(chǎng)，依據(jù)標(biāo)尺進(jìn)行晶粒度評(píng)定，結(jié)果匯總?cè)绫?所示。圖3、4、5、6、9為100倍視場(chǎng)下晶粒度；圖7、8為500倍視場(chǎng)下晶粒度，采用500倍視場(chǎng)源于晶粒較細(xì)，高倍下依據(jù)標(biāo)尺可清晰評(píng)定奧氏體晶粒度。(4)試驗(yàn)結(jié)果分析方案1表明試驗(yàn)所選用的鋼錠不適用于930C直接淬火，滲碳淬火工藝必須選用滲碳后重新加熱淬火，否則直接淬火后將產(chǎn)生混晶問題。方案2表明930C降至830C淬火未見奧氏體晶粒度發(fā)生明顯變化，表明降溫淬火未改變?cè)瓓W氏體晶粒度，僅改變冷卻后的組織形態(tài)，即冷卻不改變?cè)瓓W氏體晶粒度。方案3采用830C加熱后實(shí)現(xiàn)奧氏體晶粒細(xì)化，而采用930C加熱保溫則產(chǎn)生混晶，表明加熱溫度是影響奧氏體晶粒度的最重要因子之一，同時(shí)也驗(yàn)證滲碳后重新加熱830C奧氏體化淬火實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化的可行性。方案4將正回火后組織為粒狀B+F試樣進(jìn)行退火處理，獲得細(xì)小均勻的平衡態(tài)組織P+F，以試驗(yàn)加熱前鍛件組織對(duì)奧氏體晶粒度的影響，試驗(yàn)加熱至930°C保溫后淬火再次混晶，混晶程度與方案1混晶程度相當(dāng)，試驗(yàn)結(jié)果表明鍛件原始組織未改變本質(zhì)混晶狀態(tài)，未見鍛件原始組織對(duì)奧氏體晶粒度產(chǎn)生明顯影響。方案5采用滲碳法試驗(yàn)，與方案1與2相比，奧氏體晶粒度明顯細(xì)化，細(xì)化原因是在930C高碳勢(shì)下，合金滲碳體以及碳化物析出于奧氏體晶界，在滲碳初期，試樣表層的奧氏體晶粒度來不及長(zhǎng)大時(shí)，奧氏體晶界處的滲碳體將阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，起到釘扎晶界作用，使奧氏體晶粒長(zhǎng)大受阻。方案6試驗(yàn)結(jié)果表明930C直接淬火混晶的試樣，若采用重新加熱熱處理方法，滲碳后的混合晶粒組織在重新加熱時(shí)，將重新奧氏體化再結(jié)晶，在830C奧氏體化后，晶粒明顯細(xì)化，將消除混晶問題。將方案1~5與方案6對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)830C淬火法以及滲碳法奧氏體晶粒度結(jié)果與最終實(shí)際奧氏體晶粒度基本吻合，但830C淬火法加熱溫度相對(duì)較低，其晶粒明顯細(xì)于產(chǎn)品實(shí)際心部晶粒度，滲碳法比830C淬火法更能相對(duì)真實(shí)反映產(chǎn)品熱處理后心部實(shí)際晶粒度。對(duì)于18CrNiMo7-6高合金滲碳鋼，若采用滲碳后降溫直接淬火法，必須進(jìn)行方案1所示的滲碳溫度加熱直接淬火法試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)直接淬火后無混晶且細(xì)晶粒，試驗(yàn)材質(zhì)方可具備滲碳后降溫直接淬火的可能，否則必須施行滲碳后重新加熱方案。對(duì)于選取滲碳后重新加熱方案的18CrNiMo7-6齒輪滲碳件，鍛件奧氏體晶粒度試驗(yàn)方案采用滲碳法可以相對(duì)真實(shí)反映最終滲碳淬火回火熱處理后的實(shí)際產(chǎn)品心部晶粒度。上述試驗(yàn)結(jié)果也是對(duì)BSEN10084:2008附錄A.4細(xì)晶粒鋼章節(jié)"Unlessotherwiseagreedatthetimeofenquiryandorder,thegrainsizeshallbedeterminedfromacarburisedspecimen除非詢價(jià)和訂貨時(shí)另作規(guī)定，否則應(yīng)使用滲碳試件測(cè)定晶粒度”的驗(yàn)證。結(jié)語(1)采用滲碳后重新加熱方案的18CrNiMo7-6齒輪件，鍛件奧氏體晶粒度熱處理方案采用滲碳法可以相對(duì)真實(shí)反映產(chǎn)品最終滲碳淬火回火后的實(shí)際心部晶粒度。(2)9301降溫淬火未改變奧氏體晶粒度；奧氏體化溫度是影響晶粒度的重要因子之一，奧氏體化溫度提高至930°C將顯著影響微區(qū)的奧氏體晶粒大小。鍛件組織為粒狀B(貝氏體)或P+F(珠光體加鐵素體)，兩者930C直接淬火后奧氏體晶粒度未見明顯差別。奧氏