專利名稱：42CrMo材料的強(qiáng)韌化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱處理工藝，尤其涉及一種42CrMo材料的強(qiáng)韌化處理方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)電是清潔能源的重要組成部分，但是風(fēng)電機(jī)組都處于野外自然條件惡劣的地 方，受力情況復(fù)雜多變，這就對機(jī)組上的連接螺栓的可靠性提出了很苛刻的要求；連接 螺栓的強(qiáng)度指標(biāo)(抗拉伸強(qiáng)度)要達(dá)到ObIlOOMPa以上，超過國標(biāo)GB/T3098. 1規(guī)定的 ob1040MPa要求；同時，如果要使風(fēng)機(jī)在北方冬季嚴(yán)寒天氣下正常工作，其連接螺栓的韌性 指標(biāo)需要達(dá)到-40°C低溫沖擊功Akv35J以上，這也比國標(biāo)規(guī)定的常溫沖擊功Akv27J的要求 更為嚴(yán)苛。對42CrMo材料而言，因?yàn)閺?qiáng)度指標(biāo)和韌性指標(biāo)是互為矛盾的，若采用普通的熱處 理調(diào)質(zhì)工藝，提高其中一個指標(biāo)，將導(dǎo)致另一指標(biāo)下降，普通的熱處理調(diào)質(zhì)工藝不能同時滿 足強(qiáng)度指標(biāo)和韌性指標(biāo)的要求；針對兩種指標(biāo)不能兼顧的問題，現(xiàn)有技術(shù)只能通過選用十 分昂貴的含Ni材料(如40CrMMO)來解決，這使得生產(chǎn)成本大幅增加。

發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術(shù)中描述的問題，本發(fā)明在不改變42CrMo材料的基礎(chǔ)上，對材料的處 理工藝進(jìn)行了改進(jìn)，使42CrMo材料的強(qiáng)度指標(biāo)和韌性指標(biāo)均達(dá)到使風(fēng)機(jī)可在野外惡劣條 件使用的要求；具體處理步驟為1)將42CrMo材料加熱至高于42CrMo材料的奧氏體化溫 度Ac3 60°C ^80°C，并在此溫度下對42CrMo材料進(jìn)行保溫，保溫時間滿足使42CrMo材料完 全奧氏體化；
2)對經(jīng)過步驟1)處理后的42CrMo材料，在溫度低于奧氏體化溫度Ac35°C 10°C 的條件下，對42CrMo材料進(jìn)行保溫，保溫時間滿足使42CrMo材料中的鐵素體析出含量在 5% 10% ；
3)對經(jīng)過步驟2)處理后的42CrMo材料進(jìn)行淬火；
4)對經(jīng)過步驟3)處理后的42CrMo材料，進(jìn)行回火處理，消除淬火處理后的殘余應(yīng)力。前文所述步驟1)中保溫時間為2小時以上。前文所述步驟2)中保溫時間為2小時以上。前文所述步驟3)中的回火處理包括在溫度530°C條件下，對42CrMo材料保溫3 小時。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是采用本發(fā)明方法，可使低成本的42CrMo材料的強(qiáng)度指 標(biāo)和韌性指標(biāo)同時得到提高，由此材料所制作出的零件，可滿足設(shè)備在惡劣天氣環(huán)境下長 期正常工作。


圖1、本發(fā)明的工藝流程示意3圖2、經(jīng)普通工藝處理得到的42CrMo材料金相照片；
圖3、采用本發(fā)明工藝，在雙相區(qū)淬火后，進(jìn)行低溫回火處理后的42CrMo材料金相照
片；
圖4、采用本發(fā)明工藝得到的42CrMo材料金相照片。
具體實(shí)施例方式在鋼材內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)中，鐵素體是軟而韌，馬氏體是硬而脆，兩種組織的性質(zhì)相 反，但利用雙相鋼原理，只要使兩種組織的金相合理搭配，是能夠同時得到較高的強(qiáng)度和韌 性的；具體來說，就是在熱處理過程中，控制熱處理工藝的參數(shù)(溫度和時間)，達(dá)到調(diào)整鐵 素體和馬氏體(更準(zhǔn)確的說，應(yīng)該是由馬氏體轉(zhuǎn)化得到的回火索氏體)的數(shù)量、形貌和分布 特征的目的，這樣就可解決強(qiáng)度和韌性之間的矛盾，最終獲得同時具備較高強(qiáng)度和韌性的 材料。本發(fā)明的思路是讓材料內(nèi)部的金相組織全部轉(zhuǎn)化為奧氏體，然后再使其析出部 分鐵素體，形成雙相組織，并在雙相區(qū)進(jìn)行淬火，使剩余的奧氏體(即析出鐵素體后剩余的 奧氏體)形成淬火馬氏體，再對材料進(jìn)行回火，使淬火馬氏體轉(zhuǎn)化為回火索氏體，最終得到 金相結(jié)構(gòu)由回火索氏體和鐵素體組成的新材料；其具體步驟為
1)將42CrMo材料加熱至高于42CrMo材料的奧氏體化溫度Ac360°C 80°C，并在此溫 度下對42CrMo材料進(jìn)行保溫，保溫時間滿足使42CrMo材料完全奧氏體化；
2)對經(jīng)過步驟1)處理后的42CrMo材料，在溫度低于奧氏體化溫度Ac35°C 10°C 的條件下，對42CrMo材料進(jìn)行保溫，保溫時間滿足使42CrMo材料中的鐵素體析出含量在 5% 10% ；
3)對經(jīng)過步驟2)處理后的42CrMo材料進(jìn)行淬火；
4)對經(jīng)過步驟3)處理后的42CrMo材料，進(jìn)行回火處理，消除淬火處理后的殘余應(yīng)力。這其中有幾個問題值得說明
首先，在步驟1)中的奧氏體轉(zhuǎn)化過程中，奧氏體化溫度Ac3 (對于42CrMo材料而言，其 奧氏體化溫度Ac3為780°C)僅是一個臨界點(diǎn)，僅加熱至此溫度，無法保證材料奧氏體化的 充分、完全，故需要將溫度升高至奧氏體化溫度Ac3以上；但是，此溫度又不能太高，溫度太 高會導(dǎo)致得到的奧氏體的晶粒較為粗大，影響材料的性質(zhì)，發(fā)明人經(jīng)過長期研究，發(fā)現(xiàn)只有 將其控制在60°C 80°C范圍內(nèi)，才能既保證材料的奧氏體化充分高效的進(jìn)行，又不至于使 得到的奧氏體的晶粒較為粗大。步驟1)中，在將42CrMo材料加熱至高于42CrMo材料的奧氏 體化溫度Ac3 60°C 80°C后，還要對材料進(jìn)行保溫，其保溫時間也與現(xiàn)有技術(shù)有很大區(qū)別， 現(xiàn)有技術(shù)中，為了節(jié)省能源，一般通過實(shí)驗(yàn)檢測出材料完全奧氏體化所需要的保底時間，然 后從節(jié)省能源的角度考慮，盡量縮短其保溫時間，但發(fā)明人認(rèn)為這種思路是不正確的，采用 保底保溫時間，雖然也能使奧氏體轉(zhuǎn)化完全，也固然節(jié)省了能源，但這會使所得的奧氏體晶 粒不均勻，為了使所得的奧氏體晶粒均勻，發(fā)明人認(rèn)為應(yīng)將保溫溫度設(shè)置在2小時以上。關(guān)于步驟2)，現(xiàn)有理論認(rèn)為，鐵素體的含量應(yīng)該被控制在合理范圍，否則對材料的 金相結(jié)構(gòu)有害，但卻并沒有具體的工藝指導(dǎo)如何獲得合理范圍的鐵素體，發(fā)明人通過大量 的研究，發(fā)現(xiàn)將溫度控制在低于奧氏體化溫度Ac3 5°C 10°C的條件下，可以使鐵素體析出 含量穩(wěn)定在59TlO%(溫度越低，鐵素體析出含量相對越多)，由于實(shí)際材料存在差異性，只要
4保證步驟2)中的保溫時間在2小時以上，就能保證析出的鐵素體含量在59TlO%范圍內(nèi)，并 且分布均勻。 關(guān)于步驟3)，淬火處理后，材料中的奧氏體在淬火過程中轉(zhuǎn)化為淬火馬氏體，在經(jīng) 步驟4)的回火處理，淬火馬氏體轉(zhuǎn)化為回火索氏體，這一過程中，比較重要的是回火的溫度 和回火時間，回火處理可以消除因淬火處理而引起的材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，回火溫度與所 得到的產(chǎn)品的材料硬度HRC有關(guān)，發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，對標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)的42CrMo材料，將回火 工藝控制在溫度530°C，回火時間3小時的條件下，可以使產(chǎn)品的材料硬度HRC在37 士 1，滿 足材料的強(qiáng)度指標(biāo)(抗拉伸強(qiáng)度)達(dá)到ObIlOOMPa以上?；鼗饻囟群蜁r間可根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品 的材質(zhì)差異進(jìn)行調(diào)整，一般來說回火溫度越高，材料硬度HRC相對越低，
參見圖2，由普通工藝所得到的42CrMo材料，其晶粒部分粗大，且各金相組織分布不均 勻；參見圖4，由本發(fā)明工藝所得到的42CrMo材料，其受檢面組織為均勻分布的回火索氏體 組織，其晶粒細(xì)小，且各金相組織分布均勻；參見圖3，為了使鐵素體能在顯微鏡下被肉眼 分辨，采用低溫回火(200°C 300°C)處理后得到的金相圖，從圖中可以看出，受檢面組織為 均勻分布的回火馬氏體組織+少量鐵素體組織，鐵素體分布均勻，數(shù)量約為8%。圖3和圖4 均為采用本發(fā)明工藝的雙相區(qū)淬火，僅回火溫度不同的42CrMo材料金相圖，圖4中的鐵素 體分布與圖3中的鐵素體分布相似。
權(quán)利要求
一種42CrMo材料的強(qiáng)韌化處理方法，其特征在于其工藝步驟為1)將42CrMo材料加熱至高于42CrMo材料的奧氏體化溫度Ac3 60℃~80℃，并在此溫度下對42CrMo材料進(jìn)行保溫，保溫時間滿足使42CrMo材料完全奧氏體化；2)對經(jīng)過步驟1)處理后的42CrMo材料，在溫度低于奧氏體化溫度Ac3 5℃~10℃的條件下，對42CrMo材料進(jìn)行保溫，保溫時間滿足使42CrMo材料中的鐵素體析出含量在5%~10%；3)對經(jīng)過步驟2)處理后的42CrMo材料進(jìn)行淬火；4)對經(jīng)過步驟3)處理后的42CrMo材料，進(jìn)行回火處理，消除淬火處理后的殘余應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的42CrMo材料的強(qiáng)韌化處理方法，其特征在于步驟1)中保 溫時間為2小時以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的42CrMo材料的強(qiáng)韌化處理方法，其特征在于步驟2)中保 溫時間為2小時以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的42CrMo材料的強(qiáng)韌化處理方法，其特征在于步驟3)中的 回火處理包括在溫度530°C條件下，對42CrMo材料保溫3小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種42CrMo材料的強(qiáng)韌化處理方法，其工藝步驟為先對材料加熱，使其完全奧氏體化，再降溫析出鐵素體形成雙相組織，對雙相組織進(jìn)行淬火和回火處理；本發(fā)明的有益技術(shù)效果是采用本發(fā)明方法，可使低成本的42CrMo材料的強(qiáng)度指標(biāo)和韌性指標(biāo)同時得到提高，由此材料所制作出的零件，可滿足設(shè)備在惡劣天氣環(huán)境下長期正常工作。
文檔編號C22C38/22GK101967542SQ20101054389
公開日2011年2月9日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者康建峰, 鄺勝海 申請人:康建峰