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重复淬火对材料SAE4130的性能影响

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σb≤1230MPa、σ0.2≥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1.01.6l/h,丙酮为0.30.9 l/h,氮气为1.1 1.4m3/h,炉压是10001500Pa,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

容器

编号

力学性能结果

检查

项目

备注

σb/MPa

σ0.2/MPa

δ5(%)

1

1227

1190

10

脱碳,

力学性能

一次淬火

合格

1199

1173

11

1205

1179

11

2

1148

1104

9.3

二次淬火

合格

1131

1089

11

1153

1106

9.4

3

1227

1170

8.9

三次淬火

合格

1217

1166

9.2

1202

1143

8.9

2)试验结果及分析

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

容器编号

金相组织

晶粒度

1

回火索氏体

10

2

回火索氏体

10级,晶界加粗

3

回火索氏体

9级,晶界加粗

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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