热处理工艺对Cr4Mo4V钢显微组织及断裂韧性的影响

优胜编程龚老师

热处理工艺对Cr4Mo4V钢显微组织及断裂韧性的影响:



Cr4Mo4V钢具有优异的综合力学性能和冷热加工工艺性能，在400℃时其硬度仍能保持在58HRC以上，因而广泛用于工作温度在320℃以下、dn值在2.4×106mm?r/min左右的航空发动机主轴轴承。当工作温度大于200℃时，钢中残余奥氏体分解并引起尺寸变化，影响零件的正常使用。Cr4Mo4V钢在正常加热规范下淬火，残余奥氏体含量较高，所以淬火后必须经多次回火处理，使残余奥氏体含量降到最低值。因此，应选用合适的热处理工艺，控制Cr4Mo4V钢的显微组织及残余奥氏体含量，降低其在使用中尺寸变化率和磨削应力，保证轴承的高精度、长寿命和高可靠性。

试验用料为Cr4Mo4V耐热轴承钢，采用真空感应+真空自耗(VIM+VAR)的“双真空”冶炼工艺制备，在VOQ2-65型双室真空淬火炉中进行淬火处理，淬火剂选用真空淬火油。共制备了16个试样(每种工艺4个)，分别用于对显微组织、硬度、残余奥氏体和断裂韧性试验。

热处理工艺对Cr4Mo4V钢显微组织及断裂韧性的影响

热处理工艺对Cr4Mo4V钢显微组织及断裂韧性的影响

在Quanta600扫描电子显微镜和PhilipsCM200透射电镜上观察显微组织;采用CrKα射线法分别测定马氏体、奥氏体衍射峰，4峰两两组合得到4个残余奥氏体含量值，取其均值;在MTS810-100kN电液伺服材料试验机上进行断裂韧性(KIC)测试,预制疲劳裂纹参数。

为研究不同热处理工艺对Cr4Mo4V钢中残余奥氏体的影响，对Cr4Mo4V钢淬火后增加冷处理工序，测试不同热处理工艺后Cr4Mo4V钢中残余奥氏体含量，可以看出，随淬火温度升高，Cr4Mo4V钢中残余奥氏体含量增加。由于该轴承钢在高温使用过程中残余奥氏体易发生转变，导致体积变化，影响钢的尺寸。因此，降低残余奥氏体含量，可保证其制品尺寸稳定性，提高零件使用寿命和可靠性。不同热处理工艺后Cr4Mo4V钢的断裂韧性KIC值随淬火温度升高而减小。由于淬火温度升高，马氏体中固溶碳量增加，马氏体较粗大，亚结构中孪晶数量增加，脆性增大。试验研究结论如下：

(1)Cr4Mo4V钢经不同热处理工艺处理后，其显微组织均为回火马氏体+碳化物(一次碳化物、剩余碳化物及析出碳化物)+少量残余奥氏体，淬火温度越高，马氏体越粗大。

(2)Cr4Mo4V钢中残余奥氏体含量随淬火温度的升高而增加;淬火温度相同时，在回火前增加冷处理工序，可有效降低残余奥氏体含量，以提高尺寸稳定性。

(3)Cr4Mo4V钢断裂韧性KIC值淬火温度的升高而降低;但淬火温度在1100℃时，由于残余奥氏体数量增多，其脆性又有所减小。

(4)Cr4Mo4V钢较优的热处理工艺为660℃×30min→850×40min→1070℃×55min+540℃×120min(3次)。