34CrNiMo6鋼調(diào)質(zhì)工藝性能優(yōu)化

34CrNiMo6鋼輸入軸是風電增速機中最重要的零部件之一。由于該工件的綜合機械性能要求較高,采用傳統(tǒng)工藝進行調(diào)質(zhì)的工件沖擊韌性特別是低溫沖擊韌性偏低,若提高回火溫度，工件的硬度和強度指標又很難合格，為使34CrNiMo6鋼輸人軸調(diào)質(zhì)后達到其性能要求,就必須對傳統(tǒng)工藝進行優(yōu)化。

傳統(tǒng)工藝為:860℃淬火加熱、油冷淬火、560℃回火。

工藝中淬火加熱溫度860℃為34CrNiMo6鋼的標準淬火奧氏體化溫度，過高會帶來淬火變形、組織粗化及殘余奧氏體量增加等相應問題",過低則奧氏體化不充分,使工件淬火效果不好,調(diào)質(zhì)后性能很難合格,所以淬火加熱溫度為860℃是合理的。

淬火冷卻方式采用油冷，淬火冷卻速度比較慢,冷卻時間比較長,對生產(chǎn)周期影響比較大。由于淬火冷卻速度受油溫的影響比較大,該工藝對油溫的控制要求比較高。

回火溫度采用560℃，該溫度過高會使工件的硬度偏低,過低會使工件的塑性和韌性指標不合格，在淬火條件已經(jīng)確定的情況下,該溫度根據(jù)工件的機械性能要求來確定。

輸入軸機械性能要求見表1。

從表1中可以看出,機械性能中的強度指標和硬度均勻性要求較高,均為封閉值,所以傳統(tǒng)工藝中的回火溫度可調(diào)整的空間不大。

工藝優(yōu)化思路

對傳統(tǒng)工藝進行優(yōu)化,應從改善工件的淬火效果入手。而在淬火加熱溫度確定的情況下,要改善工件的淬火效果，就應該提高工件的淬火冷卻速度,但是工件淬火冷卻速度過快會增加工件淬火開裂的風險。所以應該通過對比試驗,找出工件最合適的淬火冷卻速度,以及對應的回火溫度,盡可能地增加工件中的馬氏體回火組織,提高工件的綜合機械性能,進而達到工藝優(yōu)化的目的。

試驗材料及方法

34CrNiMo6鋼為德國一個結(jié)構(gòu)鋼牌號，按德國標準DIN EN 10083-91要求,其化學成分見表2。

由表2可以看出,34CrNiMo6中含有較多的Cr、Ni和 Mo元素,它的合金化程度較高,其淬透性很好P。

對比試驗采用材料為34CrNiMo6牌號V類鍛件圓鋼,單件尺寸為120 mmx160 mm~180 mm,共14件依次編號1~14。對14件試棒采用不同油溫和雙液(室溫水淬2分鐘+80℃油冷)淬火后,對調(diào)整回火溫度進行對比試驗,其工藝參數(shù)見表3。

熱處理用爐為箱式電阻爐,每次裝爐量為1個試棒。用溫度計測油溫,精度為±1℃。拉伸試樣和沖擊試樣的取樣見圖1。

金相試樣取自沖斷后的沖擊試樣。選取優(yōu)化工藝的試樣金相組織進行觀察,以判定金相是否合格。5試驗結(jié)果及分析

從表4中可以看出1~8號試棒強度指標規(guī)律性下降,而沖擊值提高,說明回火溫度的提高對工件性能的達標非常重要。圖2為3號試棒的沖擊斷口(-20℃)照片,呈脆性斷口,而從強度指標看還有剩余,可以進一步提高回火溫度來改善沖擊值。9號試棒為室溫油(25℃)淬火,冷卻速度不夠,強度指標偏下限,580℃回火,沖擊功合格。從10~14號試棒的機械性能可以看出:50℃、80℃油溫淬火對性能指標影響不明顯,而雙液淬火性能較50℃、80℃油溫淬火影響較高,雖然600℃回火能夠得到更好的機械性能，但會降低工件的強度指標，而采用580℃回火工件的機械性能滿足要求，從節(jié)約能源降低成本的角度看,580℃回火更加合理。圖3為取自11號試棒沖擊試樣的金相顯微組織,為回火索氏體組織。

傳統(tǒng)工藝采用油冷淬火冷卻方式，對油溫的控制要求較高,工件一次交檢很難合格,經(jīng)常要進行返工調(diào)質(zhì)處理。這樣,不但增加了能源消耗,而且降低了生產(chǎn)效率,導致生產(chǎn)成本的提高,同時由于工件尺寸比較大，對我廠加熱設備和淬火冷卻設備形成巨大生產(chǎn)壓力。經(jīng)過大量對比試驗對傳統(tǒng)工藝進行了優(yōu)化,優(yōu)化的熱處理工藝為:860℃淬火加熱,雙液淬火.580℃向火。淬火冷卻方式采用雙液淬火,雖然雙液淬火操作比較復雜，但雙液淬火比油冷淬火整體上冷卻時間短,同時能夠減輕油槽的生產(chǎn)壓力,提高生產(chǎn)效率。與傳統(tǒng)工藝相比,工件的回火溫度得到提高,相應工件的綜合機械性能得到提高,產(chǎn)品質(zhì)量也提高了一個檔次。