重复淬火对材料SAE4130的性能影响

SAE4130相当于中国牌号30CrMO相当于日本SCM430,我单位生产的某SAE4130零件抗拉强度、屈服强度、伸长率、脱碳层的指标要求高，对热处理操作提出了苛刻的要求。原来处理的零件经常因抗拉强度偏高多次回火后才能达到指标要求，偶尔有因屈服强度偏低而需再次淬火。为使得多次淬火返工能有依据，特进行重复淬火的工艺试验。工艺试验后对试样进行金相以及各项机械性能指标的检测，各项指标合格，给返工提供了依据，同时也积累了生产经验。

对3.2mm厚的SAE4130板材制成的封闭容器进行多次试验，试验后从中加工拉伸试片。图1所示为容器形状示意图。

图1  试验容器外形图

航标中规定“制件允许重复热处理。重复淬火次数，对于厚度大于1mm的零件，允许不超过二次；对于厚度小于或等于1mm的制件，仅允许一次”。零件用3.2mm厚板材，按标准可以进行重复二次淬火（即共淬火三次）。我们采用模拟零件的容器（见图1 ）进行多次淬火+回火的工艺试验，确认返工是否对材料组织、性能造成不良影响，是否能达到要求的指标σ_b≤1230MPa、σ_0.2≥1030MPa、δ₅≥7%。

1.工艺试验

（1）工艺试验方法

拉伸试样的形状、尺寸和实验方法按GB228-1976进行，用WE-100B万能拉伸试验机测定各力学性能；用FUTURE－TECH FM-700型硬度计按GB224-87进行脱碳层测试。用DMI5000M金相显微镜检查金相组织。

（2）试验工艺

采用进口的爱协林可控气氛热处理炉进行气氛保护淬火。采用下列工艺进行一次、二次、三次淬火，后进行回火。

淬火：850～860℃，90～110min , 油淬。

回火：460～500℃，60～70min , 空冷。

各碳势控制参数为：甲醇为1.0～1.6l/h，丙酮为0.3～0.9 l/h，氮气为1.1 ～1.4m³/h，炉压是1000～1500Pa，碳势0. 4%～0.5％。

（3）试验内容

分别取三个容器（容器编号为1^#、2^#和3^#）进行一次、二次、三次淬火+回火处理，试验后检查金相组织、脱碳、机械性能，并作对比分析。

2.试验结果

（1）多次淬火回火后力学性能结果见表1。

表1  多次淬火回火结果对照

（2）试验结果及分析

图2为一次淬火回火（1^#）、二次淬火回火（2^#）和三次淬火回火（3^#）试验容器金相组织及晶粒度照片，各容器金相组织及晶粒度的对照见表2。

图2 1～3次重复淬火后的组织及晶粒度

表2  几次淬火回火后金相组织及晶粒度的对照表

从对照表中可以看出三次淬火后的晶粒要比一次的低1级，但仍能达到9级，仍属于细晶粒。进行三次淬火回火后与一次淬火回火后组织无明显差异。

依据此次工艺试验，对某炉强度偏低的零件进行了三次淬火处理，返工后零件合格。经过对零件后续加工进行跟踪，至后续爆破工序，抽取零件进行爆破，爆破结果合格。验证产品能够满足设计使用要求。

3.结语

经过此次工艺试验，验证了SAE4130化学成分正常时可以重复1～2次淬火，中间无需退火、正火。每次淬火后需按工艺正常回火，压力零件进行3次淬火后，材料组织正常，爆破抽验合格，满足设计使用性能。此次试验，为产品的生产提供了经验积累，给零件返工提供了依据。

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