1 序言
2 试验材料与方法
2.1 试验材料
试验用42CrMo4钢锻件的化学成分见表1。
为了针对大截面的42CrMo4钢零件进行淬火工艺研究,通过机械加工将锻件加工成φ90mm×150mm的圆形试样。
2.2 试验原理与方法
图1所示为超声波淬火装置,其中超声波电源发生器的功率在0~1500W可调。
在淬火过程中,通过超声波电源发生器向超声波换能器中导入频率为28kHz的超声波,换能器将超声波发生器传递来的电振荡脉冲信号转换成高频机械振动,淬火试样放置在淬火槽中心,位置相对固定,以减少试验误差。用TC15L-12型陶瓷纤维马弗炉对试样进行加热,炉子符合GB/T30825—2014《热处理温度测量》规定的Ⅲ类炉(±10℃)、D型仪表要求。具体热处理工艺曲线如图2所示,
工艺要求见表2。
热处理后在1/2半径处取样分别进行金相组织观察和力学性能测试。每个试样分别取1组试样(2个拉伸试样,2个冲击试样,1个金相试样)。
3 试验结果及分析
3.1 超声波淬火工艺对力学性能的影响
图3所示为不同工艺淬火后42CrMo4钢的力学性能。由图3可见
油淬后试样的抗拉强度(Rm)、屈服强度(Rp0.2)均低于水淬,但伸长率(A)、断面收缩率(Z)及冲击吸收能量(KV)均大于水 淬,且随着超声波功率增大,抗拉强度、屈服强度逐渐增大,而伸长率、断面收缩率、冲击吸收能量 却逐渐减小。
3.2 超声波淬火工艺对显微组织的影响
图4所示为不同工艺淬火后42CrMo4钢的显微组织。
由图4可知,超声波的引入对42CrMo4钢淬火后 的组织有显著影响。超声波辅助水淬时的组织为回火索氏体,如图4a所示;常规水冷时的组织为回火 索氏体+少量铁素体,同时相对于图4a晶粒更粗大,如图4b所示;不同功率下的超声波辅助油淬时的组织均为回火索氏体+粒状贝氏体+铁素体,但随着超声波功率的降低,粒状贝氏体和铁素体含量逐渐增多且组织分布越来越不均匀,如图4c~e所示;常规油冷时的组织为粗大的回火索氏体+部分粒状贝氏体+铁素体,组织非常不均匀,粒状贝氏体和铁素体相对于超声波辅助油淬时的含量更大,如图4f所示。
由于42CrMo4钢为亚共析钢,相对于共析钢而言,其奥氏体等温转变图的曲线左移,过冷奥氏体稳定性较低,孕育期短,在淬火临界转变温度区要求有较大的冷却速度,否则极易因为过冷度不够而发生非马氏体转变。且油的黏度大,试样截面较大,冷却能力较低,淬火时不能完全避开奥氏体等温转变曲线的“鼻尖”位置,无法使钢淬透,因此淬火后会出现因冷却速度不够而产生贝氏体的问题。超声波引入淬火冷却介质后,淬火冷却介质的冷却能力提高,冷却速度增加,会促进马氏体转变。随着超声波功率的增加,贝氏体和铁素体含量逐渐减少,当超声波功率增加至1500W时,与水淬时的冷却效果较为接近。
4 结束语
1)相比常规油淬、水淬,加入超声波后可以提高42CrMo4钢热处理后的抗拉强度、屈服强度,但伸长率、断后收缩率、冲击吸收能量降低。
2)在超声波油淬过程中,随着超声波功率的增加,冷却速度逐渐增大,抗拉强度、屈服强度逐渐增加,而伸长率、断后收缩率、冲击吸收能量逐渐降低,同时组织中粒状贝氏体和铁素体的含量逐渐降低,组织更加均匀。
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