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探讨40CrNiMoA冲击性能与热处理方式的关系
摘要：研究40CrNiMoA淬火、回火冷却速率对冲击韧性的影响。试验结果表明，随着淬火和回火冷却速率的提高，冲击韧性显著提高。
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材料40CrNiMoA是一种优质调质钢，具有良好的综合力学性能，多用于瓦块、垫片、螺母等零件，零件结构锻件毛坯多以饼类、大截面圆柱类毛坯为主。经过长期生产，发现该材料性能热处理后冲击性能不合格，造成大批量毛坯返工或报废。因此，有必要对该材料锻件进行热处理工艺优化，提高冲击性能合格率。
1、试验内容
1.1锻造
为了保证圆钢完全透烧，锻造时采用三段式加热，锻造加热曲线见图1，始锻温度1150℃，锻后灰冷。锻后试样尺寸为293mm×150mm，晶粒度7.0级。
图1锻造加热曲线
1.2热处理
在调质之前，锻件材料40CrNiMoA需要正火处理，使组织均匀，防止混晶现象的出现，保证调质后的力学性能。
1.2.1淬火冷却方式对冲击性能的影响
将工件加热至临界温度以上，保温一定时间后使之奥氏体化，以大于临界冷却速率进行冷却，得到马氏体组织。工件截面尺寸较大时，淬火过程中工件心部冷却速率不够，使心部组织未发生充分转变，影响性能热处理后的冲击性能。因此，淬火后采用水淬、水淬油冷进行对比试验，见表1中试样编号1-1#和1-2#。
1.2.2回火冷却方式对冲击性能的影响
由于工件有效截面尺寸较大，在回火冷却过程中表面和心部冷速相差较大，使淬火时遗留下的残余奥氏体向贝氏体转变，引起冲击韧性下降。则回火后采用油冷，加快回火冷却速率。采用不同回火冷却方式进行对比试验，见表1中试样编号2-1#和2-2#。
表1不同淬火和回火冷却方式试验
2、试验结果及分析
2.1不同淬火冷却方式对冲击性能的影响
为了得到淬火冷却速率对冲击性能的影响，淬火后分别采用水淬油冷、水淬的冷却方式。试验结果见表2中试样编号1-1#和1-2#，金相组织见图2(a)和图2(b)。
表2室温力学性能及金相组织检测结果
表3不同取样方向的力学性能检测结果
图2金相组织
图3取样图
从表2试验结果可知，水淬油冷后仍有个别冲击值低于目标值，水淬时各项力学性能显著提高。
2.2不同回火冷却方式对力学性能的影响
40CrNiMoA在400～450℃易产生回火脆性，为了避免产生回火脆性，应加快冷却速率，则回火后采用油冷，试验结果见表2中试样编号2-1#和2-2#，金相组织见图2(c)和图2(d)。
从试验数据可知，回火采用油冷，冲击性能均显著提高，且淬火水冷的试样强度均高于淬火油冷的试样强度。
2.3不同取样方向对力学性能的影响
为了验证横向、切向、轴向三种取样方向对力学性能的影响，按照图3进行分割，分别检测轴向、径向、切向力学性能，试验结果见表3。
从检测结果可知，在一个试样上截取轴向、切向、横向试样，轴向性能优于其它方向。
3、结论
(1)材料40CrNiMoA冲击性能与取样方向有一定的关系，轴向性能优于其它方向;
(2)对于有效加热截面较大的工件，可通过提高淬火、回火冷却速率来提高冲击性能。但淬火水冷产生的组织应力较大，易产生开裂倾向;回火油冷，冷却过程中会产生新的应力。因此，对于变形倾向大、尺寸精度要求高的零件不推荐使用淬火水冷和回火油冷。
参考文献：
[1]李长宇.40CrNiMoA钢锻件晶粒度细化研究[J].科技论坛,2016(9):10.
[2]田世英,刘石亮,郑胜峰,等.40CrNiMoA圆钢冲击功偏低原因分析[J].理化检验(物理分册),2010,46(11):731-732.
[3]王天剑,刘禹炯.热处理对10Cr11Co3W3NiMoVNbNB耐热钢力学性能的影响[J].东方汽轮机,2013(1):45-48.
王淑婧,刘锦滔,肖杰,王庆,黄炎睿,严烽.热处理方式对40CrNiMoA冲击性能的影响[J].大型铸锻件,2020(03):31-32.
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