30CrMnSiA鋼的真空熱處理：

真空熱處理是金屬材料熱處理領(lǐng)域的新技術(shù)。本文將 30CrMnSiA 鋼采用真空爐、空氣爐、鹽浴爐熱處理, 對其組織性能進行對比分析。 結(jié)果表明:30CrMnSiA 鋼經(jīng)過真空熱處理, 其綜合力學(xué)性能尤其是彎曲疲勞強度大幅度提高。

關(guān)鍵詞

真空熱處理, 30CrMnSiA鋼, 疲勞強度

30CrM nSiA鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后, 具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能 。常用來制造承受巨大沖擊及循環(huán)載荷的中等截面的重要零件, 如飛機起落架, 發(fā)動機架、機翼主梁、翼梁接頭等, 是目前飛機結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的鋼材 。在金屬熱處理中, 真空熱處理技術(shù)始終是國際熱處理技術(shù)發(fā)展的熱點〔1〕〔2〕 。

30CrMnSiA鋼在真空內(nèi)加熱, 由于表面發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng), 可以獲得在常規(guī)熱處理時不能獲得的各種效果。本文將30CrMnSiA鋼分別采用真空爐、空氣電阻爐 、鹽浴爐熱處理, 通過對其組織性能的對比分析, 對該鋼真空熱處理的優(yōu)越性進行了討論。

試驗材料及方法

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試驗材料及設(shè)備

本研究試驗材料為若干30CrMnSiA鋼試樣。采用 ZC -65 型真空爐, SRJX -8 -13 型空氣電阻爐, ( 50 %KCl +50 %NaCl) 中溫鹽浴爐及( 50 %NaNO2 +50 %KNO3) 硝鹽爐進行熱爐處理。同時還有去油劑( 2 %金屬洗滌劑 +98 %水) 、熱水清洗機等輔助熱處理設(shè)備 。所用氮氣純度為 99 .99 %。

30CrMnSiA 鋼的熱處理試樣分別在空氣爐、鹽浴爐中加熱淬火, 然后在硝鹽爐中高溫回火, 具體熱處理工藝見圖1 、圖 2 。

試樣的真空熱處理與常規(guī)熱處理不同。在真空熱處理前, 先進行脫脂處理, 試樣在 40 ℃～60 ℃的去油槽中浸泡晃動 30 分鐘, 再放入 70 ℃～ 100 ℃熱水清洗機內(nèi)清洗, 烘干后入爐。試樣入爐后首先抽真空達 1 .33 帕 。關(guān)閉擴散泵, 讓羅茨泵繼續(xù)運轉(zhuǎn), 然后充入氮氣, 使爐內(nèi)壓強在連續(xù)通氣情況下, 維持在 13 .3 ～ 1 .33 帕之間 。本試驗所用的 ZC -65 型真空淬火爐屬于周期作業(yè)的真空加熱爐, 試樣在爐中實際溫度要比爐溫儀表指示的溫度要低, 即升到預(yù)期的溫度比儀表到溫滯后一段時間〔3〕 。所以本試驗首先將試樣加熱到 700 ℃停留 30 分鐘, 再繼續(xù)升溫, 以消除滯后現(xiàn)象。

試樣在 13 .3 ～ 1 .33 帕的真空狀態(tài)下, 在890 ℃保溫 70 分鐘, 充氮氣至 101 .3 千帕,放入油中起動油攪冷卻 。為了保持真空淬火的優(yōu)勢, 采用真空回火 。圖 3 為試樣在真空爐中加熱淬火并回火的熱處理工藝 。

30CrMnSiA 鋼經(jīng) 3 種方式熱處理, 常規(guī)力學(xué)性能差別不大, 而真空爐處理力學(xué)性能略優(yōu) 。其抗拉強度 σb 較鹽浴爐處理雖僅高出 70M Pa, 但屈服強度 σ0 .2比空氣爐處理要高出近 200MPa,延伸率δ5 比鹽浴爐處理要高出 4 %, 沖擊韌性 αk也均高于空氣爐和鹽浴爐處理。其周期強度, 即低循環(huán)拉伸疲勞壽命列于表2 中。

組織觀察

30CrMnSiA鋼試樣經(jīng)空氣爐及鹽浴爐熱處理后, 因試樣表面為氧化皮而宏觀組織均呈黑色。顯微鏡下觀察, 試樣表層和心部金相組織不同, 表層出現(xiàn)明顯的脫碳現(xiàn)象, 其中經(jīng)空氣爐熱處理的試樣脫碳現(xiàn)象更為明顯 。30CrM nSiA 鋼試樣經(jīng)真空爐淬火并回火后,宏觀組織為光亮表面, 色澤與金屬基體顏色完全相同。光鏡下, 試樣表層無脫碳現(xiàn)象。30CrMnSiA鋼試樣表層和心部均為回火索氏體組織, 如圖 4所示 。

30CrMnSiA鋼真空熱處理的特點

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加熱速度緩慢30CrMnSiA鋼在真空度 13 .3 ～ 1 .33 帕的爐中加熱, 加熱速度要比在鹽浴爐氣中加熱要慢 。雖然經(jīng)過 700 ℃預(yù)熱, 但在 890 ℃加熱時, 加熱時間仍為鹽浴爐中加熱時間的 7 倍( 圖 2 、圖 3) 。加熱保溫時間充分延長以保證加熱均勻 。由于在真空中加熱升溫緩慢, 試樣的截面溫差小, 其熱應(yīng)力與組織應(yīng)力比空氣爐和鹽浴爐加熱方式小得多, 真空熱處理后的變形也比空氣爐和鹽浴爐加熱方式要小。