重復淬火對材料SAE4130的性能影響
SAE4130相當于中國牌號30CrMO相當于日本SCM430,我單位生產的某SAE4130零件抗拉強度、屈服強度、伸長率、脫碳層的指標要求高，對熱處理操作提出了苛刻的要求。原來處理的零件經常因抗拉強度偏高多次回火后才能達到指標要求，偶爾有因屈服強度偏低而需再次淬火。為使得多次淬火返工能有依據，特進行重復淬火的工藝試驗。工藝試驗后對試樣進行金相以及各項機械性能指標的檢測，各項指標合格，給返工提供了依據，同時也積累了生產經驗。
對3.2mm厚的SAE4130板材制成的封閉容器進行多次試驗，試驗后從中加工拉伸試片。圖1所示為容器形狀示意圖。
圖1 試驗容器外形圖
航標中規定“制件允許重復熱處理。重復淬火次數，對于厚度大于1mm的零件，允許不超過二次；對于厚度小于或等于1mm的制件，僅允許一次”。零件用3.2mm厚板材，按標準可以進行重復二次淬火（即共淬火三次）。我們采用模擬零件的容器（見圖1 ）進行多次淬火+回火的工藝試驗，確認返工是否對材料組織、性能造成不良影響，是否能達到要求的指標σb≤1230MPa、σ0.2≥1030MPa、δ5≥7%。
1.工藝試驗
（1）工藝試驗方法
拉伸試樣的形狀、尺寸和實驗方法按GB228-1976進行，用WE-100B萬能拉伸試驗機測定各力學性能；用FUTURE－TECH FM-700型硬度計按GB224-87進行脫碳層測試。用DMI5000M金相顯微鏡檢查金相組織。
（2）試驗工藝
采用進口的愛協林可控氣氛熱處理爐進行氣氛保護淬火。采用下列工藝進行一次、二次、三次淬火，后進行回火。
淬火：850～860℃，90～110min , 油淬。
回火：460～500℃，60～70min , 空冷。
各碳勢控制參數為：甲醇為1.0～1.6l/h，丙酮為0.3～0.9 l/h，氮氣為1.1 ～1.4m3/h，爐壓是1000～1500Pa，碳勢0. 4%～0.5％。
（3）試驗內容
分別取三個容器（容器編號為1#、2#和3#）進行一次、二次、三次淬火+回火處理，試驗后檢查金相組織、脫碳、機械性能，并作對比分析。
2.試驗結果
（1）多次淬火回火后力學性能結果見表1。
表1 多次淬火回火結果對照
容器 編號 | 力學性能結果 | 檢查 項目 | 備注 | ||
σb/MPa | σ0.2/MPa | δ5（%） | |||
1 | 1227 | 1190 | 10 | 脫碳， 力學性能 | 一次淬火 合格 |
1199 | 1173 | 11 | |||
1205 | 1179 | 11 | |||
2 | 1148 | 1104 | 9.3 | 二次淬火 合格 | |
1131 | 1089 | 11 | |||
1153 | 1106 | 9.4 | |||
3 | 1227 | 1170 | 8.9 | 三次淬火 合格 | |
1217 | 1166 | 9.2 | |||
1202 | 1143 | 8.9 | |||
（2）試驗結果及分析
圖2為一次淬火回火（1#）、二次淬火回火（2#）和三次淬火回火（3#）試驗容器金相組織及晶粒度照片，各容器金相組織及晶粒度的對照見表2。
圖2 1～3次重復淬火后的組織及晶粒度
表2 幾次淬火回火后金相組織及晶粒度的對照表
容器編號 | 金相組織 | 晶粒度 |
1 | 回火索氏體 | 10級 |
2 | 回火索氏體 | 10級，晶界加粗 |
3 | 回火索氏體 | 9級，晶界加粗 |
從對照表中可以看出三次淬火后的晶粒要比一次的低1級，但仍能達到9級，仍屬于細晶粒。進行三次淬火回火后與一次淬火回火后組織無明顯差異。
依據此次工藝試驗，對某爐強度偏低的零件進行了三次淬火處理，返工后零件合格。經過對零件后續加工進行跟蹤，至后續爆破工序，抽取零件進行爆破，爆破結果合格。驗證產品能夠滿足設計使用要求。
3.結語
經過此次工藝試驗，驗證了SAE4130化學成分正常時可以重復1～2次淬火，中間無需退火、正火。每次淬火后需按工藝正常回火，壓力零件進行3次淬火后，材料組織正常，爆破抽驗合格，滿足設計使用性能。此次試驗，為產品的生產提供了經驗積累，給零件返工提供了依據。
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