34CrNiMo6钢调质工艺性能优化

34CrNiMo6钢输入轴是风电增速机中最重要的零部件之一。由于该工件的综合机械性能要求较高,采用传统工艺进行调质的工件冲击韧性特别是低温冲击韧性偏低,若提高回火温度，工件的硬度和强度指标又很难合格，为使34CrNiMo6钢输人轴调质后达到其性能要求,就必须对传统工艺进行优化。

传统工艺为:860℃淬火加热、油冷淬火、560℃回火。

工艺中淬火加热温度860℃为34CrNiMo6钢的标准淬火奥氏体化温度，过高会带来淬火变形、组织粗化及残余奥氏体量增加等相应问题",过低则奥氏体化不充分,使工件淬火效果不好,调质后性能很难合格,所以淬火加热温度为860℃是合理的。

淬火冷却方式采用油冷，淬火冷却速度比较慢,冷却时间比较长,对生产周期影响比较大。由于淬火冷却速度受油温的影响比较大,该工艺对油温的控制要求比较高。

回火温度采用560℃，该温度过高会使工件的硬度偏低,过低会使工件的塑性和韧性指标不合格，在淬火条件已经确定的情况下,该温度根据工件的机械性能要求来确定。

输入轴机械性能要求见表1。

从表1中可以看出,机械性能中的强度指标和硬度均匀性要求较高,均为封闭值,所以传统工艺中的回火温度可调整的空间不大。

工艺优化思路

对传统工艺进行优化,应从改善工件的淬火效果入手。而在淬火加热温度确定的情况下,要改善工件的淬火效果，就应该提高工件的淬火冷却速度,但是工件淬火冷却速度过快会增加工件淬火开裂的风险。所以应该通过对比试验,找出工件最合适的淬火冷却速度,以及对应的回火温度,尽可能地增加工件中的马氏体回火组织,提高工件的综合机械性能,进而达到工艺优化的目的。

试验材料及方法

34CrNiMo6钢为德国一个结构钢牌号，按德国标准DIN EN 10083-91要求,其化学成分见表2。

由表2可以看出,34CrNiMo6中含有较多的Cr、Ni和 Mo元素,它的合金化程度较高,其淬透性很好P。

对比试验采用材料为34CrNiMo6牌号V类锻件圆钢,单件尺寸为120 mmx160 mm~180 mm,共14件依次编号1~14。对14件试棒采用不同油温和双液(室温水淬2分钟+80℃油冷)淬火后,对调整回火温度进行对比试验,其工艺参数见表3。

热处理用炉为箱式电阻炉,每次装炉量为1个试棒。用温度计测油温,精度为±1℃。拉伸试样和冲击试样的取样见图1。

金相试样取自冲断后的冲击试样。选取优化工艺的试样金相组织进行观察,以判定金相是否合格。5试验结果及分析

从表4中可以看出1~8号试棒强度指标规律性下降,而冲击值提高,说明回火温度的提高对工件性能的达标非常重要。图2为3号试棒的冲击断口(-20℃)照片,呈脆性断口,而从强度指标看还有剩余,可以进一步提高回火温度来改善冲击值。9号试棒为室温油(25℃)淬火,冷却速度不够,强度指标偏下限,580℃回火,冲击功合格。从10~14号试棒的机械性能可以看出:50℃、80℃油温淬火对性能指标影响不明显,而双液淬火性能较50℃、80℃油温淬火影响较高,虽然600℃回火能够得到更好的机械性能，但会降低工件的强度指标，而采用580℃回火工件的机械性能满足要求，从节约能源降低成本的角度看,580℃回火更加合理。图3为取自11号试棒冲击试样的金相显微组织,为回火索氏体组织。

传统工艺采用油冷淬火冷却方式，对油温的控制要求较高,工件一次交检很难合格,经常要进行返工调质处理。这样,不但增加了能源消耗,而且降低了生产效率,导致生产成本的提高,同时由于工件尺寸比较大，对我厂加热设备和淬火冷却设备形成巨大生产压力。经过大量对比试验对传统工艺进行了优化,优化的热处理工艺为:860℃淬火加热,双液淬火.580℃向火。淬火冷却方式采用双液淬火,虽然双液淬火操作比较复杂，但双液淬火比油冷淬火整体上冷却时间短,同时能够减轻油槽的生产压力,提高生产效率。与传统工艺相比,工件的回火温度得到提高,相应工件的综合机械性能得到提高,产品质量也提高了一个档次。