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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σ_b≤1230MPa、σ_0.2≥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

（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

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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