23CrNi3Mo的热处理工艺性试验

时间：2024-07-28

杨彩娟，王玉奎

（天水风动机械有限责任公司，甘肃天水741020）

23CrNi3Mo作为一种较新型的材料，通过对其预热处理、渗碳、淬火、回火等不同阶段的热处理工艺试验，取得了大量的相关数据。为该材料工件的加工工艺制定和优化提供了一些参考。现将其试验情况介绍如下：

根据某行业标准规定23CrNi3Mo钢的化学成分如下表所示：

经过对试验材料分析其化学成分都符合上述标准的规定。同时，为了使试验贴近生产实际.我们以23CrNi3Mo为材料的一种钎具产品的加工工序为例进行试验，其工艺路线大体如下：

锻造→预热处理→机加→渗碳→高温回火→二次机加→淬火→回火→检查

1 预热处理试验：

锻造是机械行业获得零件雏形的常用方法之一，此法不但节省材料，且获得的零件组织致密，强度进一步提高。但锻后由于挤压变形和冷却较快使工件硬度较高，给后序加工带来困难。为降低其硬度同时也为改善其内部组织，预热处理（即：正火、退火或高温回火）是热处理的常用方法。下面是材料为23CrNi3Mo的工件在680～920℃区域内,不同温度下保温一定时间后,出炉空冷获得的温度与硬度的对应变化曲线：（如图1）

图1 不同温度下（空冷）的硬度曲线

从曲线上可以看出，在800～920℃之间形成了一个波峰，860℃左右是其最高峰，峰值约46HRC，800℃向前逐渐下降，在800～740℃之间下降较平缓，740℃往前下降较快，至680℃时，硬度值降至25HRC左右。作为正火处理，其温度应在相变温度以上，从后面的淬火试验得知，相变温度应在760℃以上，可在760℃以上空冷获得的硬度值≥37HRC，即使车削加工也比较困难（车削加工适宜硬度应在13～15HRC）。但随着刀具和加工设备的不断发展更新，15～35HRC硬度下的加工也经常进行，所以，采用680℃温度下的高温回火，即可以获得25HRC的硬度，同样采用完全退火也能实现此目的，但完全退火的冷却速度须相当缓慢，具体情况尚待试验研究。

2 渗碳试验

为贴近生产实际，对锻后高温回火的工件切成小段，按实际生产采用多用可控气氛设备进行渗碳。碳势：1.15C%，渗碳温度：920℃，时间约16h（渗碳+扩散），冷却方式：油冷。渗碳后的试样经切片检测：碳层为1.8mm，表面硬度为：59HRC，组织为：针状马氏体+残余奥氏体（见图2）；心部硬度为：45～46HRC，组织为：低碳板条马氏体（见图3）。

图2

图3

由于渗碳后工件还需进一步机加，所以又采用了680℃的高温回火，心部硬度虽降至25HRC，可表面硬度却接近35HRC，这个硬度虽然较高，但对车加工影响不大，渗碳后的回火除降低硬度外还可以防止工件开裂。碳层深度问题可采取增减时间、调节碳势参数等因素,即可达到控制以满足设计要求。

3 淬火试验

从740℃～920℃之间，每隔20℃我们进行了渗碳后试样的淬火试验，其淬后的表面硬度、心部硬度与淬火温度的对应曲线如下：

图4 不同温度下油冷的硬度曲线

从曲线上可以看出，表面硬度在780～820℃之间有一个高峰，850℃之后至920℃基本趋于同一个值。而心部硬度在780℃后至920℃之间基本是一条平行于t轴的直线。

740℃时,由于淬火温度较低，试样的奥氏体化程度及奥氏体化后碳化物的溶解性差，其组织中存在着大片的铁素体。表层组织也有不均，但相对不很明显。760℃的试样基本消除了以上现象，而780～860℃的组织非常均匀，晶粒度均在8级以上，900℃以上，组织虽然均匀，但晶粒度级别下降，晶粒趋向粗大，因此，淬火温度选择在780～880℃之间最好，如果考滤较高的表面硬度，淬火温度选在780～820℃之间最好。

下面图5、图6为820℃时淬火,放大400倍时的心部与表层的金相组织图：

图5 820℃淬火心部组织

图6 820℃淬火表层组织