18330064396
咨询热线
1833006439640Cr、42CrMo是中碳合金钢中使用较为广泛的牌号，本期讲述其金相组织与对应的热处理工艺，相应的加工性能、机械性能。
图1 850X
图号：图1
材料：40Cr
工艺情况：调质处理
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
基体为回火索氏体及少量铁素体。
由于淬火加热不够或冷却速度不足，均可能出现铁素体，但此试样为淬火加热温度偏低，而保留下来的未溶铁素体，属调质处理不完全组织。
图2 100X
图号：图2
材料：40Cr
工艺情况：热轧后空冷
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
珠光体约75%、网状铁素体约25%，晶粒度为7级。
40Cr钢是用途最广泛的调质钢之一。铬是强烈提高淬透性的元素，含有1±0.1%铬的40Cr钢，在水中淬火时可使Φ40mm的圆棒完全淬透。同时，铬又是碳化物形成元素，当钢中含铬1%左右时，一部分铬将置换Fe3C中的铁而形成(Fe、Cr)C合金渗碳体，一部分铬将溶入铁素体，具有提高铁素体强度和硬度的作用，使力学性能有所提高，其强度比相同含碳量的碳钢提高20%，并有良好的塑性。
图3 400X
图号：图3
材料：40Cr
工艺情况：850℃加热20min淬油，180~200℃回火1h
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
中等长度针状回火马氏体。
40Cr钢淬火后在 200℃以下低温回火时，淬火马氏体逐渐变成回火马氏体。由于该工件加热温度适当，奥氏体合金化充分，经回火处理后能较好地发挥材料的潜在性能。
铬元素还可细化钢的晶粒，减小过热敏感性，还能提高钢的抗回火稳定性，阻碍钢中碳化物的集聚，使碳化物保持。一定的分散度，从而提高调质钢的强度。但铬钢对回火脆性比较敏感，所以在中温回火后应快冷。
图4 500X
图号：图4
材料：40Cr
工艺情况：加热850℃，保温20min 后油冷
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
淬火马氏体、贝氏体和回火马氏体，硬度48~49HRC。因淬火时冷却不足，曾在贝氏体转变区域停留，故在组织中出现了贝氏体组织。另外，在切割试样时，由于冷却不充分，部分马氏体出现回火现象。
图5 500X
图号：图5
材料：40Cr
工艺情况：调质处理
浸蚀方法：经在饱和苦味酸水溶液加入几滴环氧乙烷(洗涤剂)溶液的浸蚀
组织说明：
显示奥氏体晶粒大小的索氏体组织。
40Cr钢经调质处理后，正常显微组织应为回火索氏体和少量未溶铁素体。但奥氏体晶粒大小一般难以显示，而奥氏体晶粒的大小对调质钢的强韧性的关系颇为密切。奥氏体晶粒大小也是衡量热处理工艺执行情况的重要手段。
为了显示调质钢奥氏体晶粒大小，可以采用上述试剂，加热至65℃~70℃浸蚀后，金相磨面呈氧化色时，即可以显示其奥氏体晶粒大小。图中黑色细线条即晶界线。
图6 400X
图号：图6
材料：40Cr
工艺情况：真空淬火
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
中碳马氏体以及少量黑色条状自回火马氏体。真空加热主要靠辐射传递，加热均匀，因此表面除无氧化脱碳外，工件变形小为真空热处理的主要优点。
图7 63X
图号：图7
材料：40Cr
工艺情况：淬火、回火
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
黑色淬火托氏体以及粗大网状分布的铁素体。铁素体所构画的晶粒约为一级。工件加热温度偏高，使奥氏体晶粒急剧长大，而在随后冷却过程中冷速过小，发生铁素体沿奥氏体晶界析出，以及随后的高温组织向托氏体转变。
图8 500X
图号：图8~图10
材料：40Cr
工艺情况：形变热处理（锻造余热淬火）浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
图8，板条状马氏体，呈细条的板条，具有成排特征。
图9，马氏体，保持板条形态，透射电子显微镜复膜图像。
图10，板条状马氏体和碳化物颗粒，透射电子显微镜复膜图像。
所谓高温形变热处理，是将 40Cr钢在奥氏体稳定温度范围(>Ac3)进行形变，随即进行淬火，得到板条状马氏体。板条状马氏体的形态为细长板条，在显微镜下成为一束束的细条组织，束与束之间有较大的位向差。在透射电子显微镜下，板条状马氏体结构内有高密度的位错，因此，板条状马氏体又称为位错型马氏体。放大至20000倍的透射电镜观察，发现在板条马氏体条片之间有碳化物析出，这可能是由于板条状马氏体的形成温度较高，在板条马氏体形成过程中有碳化物析出的缘故。
经高温形变热处理的工件，由于锻造高温加热而得到比较粗大的组织，将使钢的淬透性显著提高，并可获得富有韧性的板条马氏体。一方面由于锻造余热淬火，从组织的粗化来说，将降低材料的强度和塑性，但另一方面由于马氏体形态的改变而得到弥补和改善。因此，总的来说，经高温锻造余热淬火的工件，其强韧度比普通调质状态的性能为好。
图11 100X
图12 500X
图13 100X
图号：图11~图13
材料：40Cr
工艺情况：锻造后坑冷
浸蚀方法：
图11、图12，未浸蚀图13，4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
超温锻造裂纹。
图11，沿晶龟状裂纹和内氧化。
图12，裂纹沿着硫化物和晶间内氧化扩张。
图13，裂纹大部分沿晶界裂开，裂纹尾部没有脱碳。
一批Φ200mm的40Cr圆钢，锻造后发现有数量较多的圆钢表面出现不同程度的裂纹。这批圆钢硫含量较高，并有硫化物沿晶界析出。由于硫化物(FeS)的熔点较低，容易产生晶界的氧化和熔化。圆钢的始锻温度应为1200℃，终锻温度为800℃。实际操作时，始锻温度偏高，超过1200℃，造成沿低熔点的硫化物在晶界产生内氧化和熔化，锻造时在应力的作用下，产生沿晶角状裂纹。龟状裂纹的裂口在表面时，由于高温时和空气接触，使裂纹两边脱碳，而内部龟状裂纹不与空气直接接触，所以裂纹两边没有脱碳。
图14 实物 1X 图15 100X
图16 500X 图17 500X
图号：图14~图17
材料：40Cr(齿条轴)
工艺情况：调质处理
浸蚀方法：
图15~图17，4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
原材料裂纹缺陷。
图14，针织机上齿条轴调质处理后，车削加工时发现外圆表面出现较多的条状裂纹。裂纹长度40~50mm。
图15，横向截面经金相分析，裂纹深度最大1.40mm，并发现在裂纹两侧均出现一层铁素体组织，直至裂纹尾端。
图16，放大500倍下观察，裂纹中有灰色氧化物。
图17，远离裂纹处为正常基体即回火索氏体，可见到微小的碳化物颗粒。估计回火温度偏高，因而硬度亦较低，不足20HRC。根据以上分析，裂纹不是淬火造成的，而是淬火之前已存在，因为裂纹两侧有脱碳层现象。
图号：图18~图20
材料：40Cr
工艺情况：锻造后正火再调质处理
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
锻造裂纹，淬火欠热。
图18，在黑色裂纹两侧出现明显的脱碳层。
图19，近裂纹尾端，裂纹中有氧化物，两侧铁素体亦多于表层。
图20，心部基体组织为索氏体及沿晶界分布的铁素体。从裂纹两侧出现全脱碳层证明，裂纹是锻造时产生的，故正火处理时在裂纹两侧造成脱碳。
根据图所示的心部组织，该工件调质处理亦不完善，证明调质处理时淬火温度偏低，因而保留着较多的铁素体。
图号：图21~图23
材料：40Cr(踏脚板锻件)
工艺情况：锻造、切边，调质处理(盐浴加热)
浸蚀方法：
图21，未浸蚀图22、图54，4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
图22，为裂纹内为非金属夹杂物，两侧为变形层，呈流线状。
图23，为高倍下基体组织形貌，索氏体和极少量铁素体，裂缝两侧已错位。
调质前，锻造切边中发生的裂纹。分型面区承受相对强烈应变，工艺控制不当，在切边应力作用下极易开裂。
图号：图24~图28
材料：40Cr
工艺情况：锻造
浸蚀方法：
图24、25，未浸蚀。图26~图28，4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
图24，锻件横截面组织分布形貌(1)为中间细晶区，(2)为上、下近表层，过热粗晶区，(3)为表面短裂纹。外表呈橘皮状。
图25，(3)区表面裂纹形态。
图26，(3)区近表层组织形貌，珠光体以及条、块状铁素体，晶内铁素体呈针状析出形成魏氏组织状，并有一沿晶裂纹，组织严重过烧。
图27，为图23中(1)区，基体组织为珠光体及铁索体，晶粒均匀，相当于6~7 级。
图28，为图23中(2)区放大图，基体为珠光体及沿粗大晶粒的晶界分布的铁素体，晶粒度相当于1级，为严重过热区。
该试件为表面过烧，在高温下锻造所造成的缺陷组织。
图号：图29~图31
材料：42CrMo
工艺情况：图29，退火态。图30，850℃淬油，180℃回火。图31，850℃淬油，560℃回火
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
图29，珠光体和白色铁素体，呈带状分布。
图30，回火马氏体，带状偏析。
图31，索氏体和上贝氏体。
42CrMo钢含碳量和含铬量比35CrMo钢高，淬透性和强度也随之提高，可用于大截面、高强度的重要零件。但42CrMo钢淬火开裂敏感性比35CrMo钢大，切削加工性能和焊接性能也比35CrMo差。
图32 100X
图号：图32
材料：ZG42CrMo
工艺情况：铸后调质处理
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
回火索氏体以及极少量铁素体，组织呈明显的枝晶状偏析。
铸造过程中形成的组织枝晶偏析，需经高温扩散退火才能消除。直接调质时，合金元素未能均匀化，反映在试样浸蚀后色泽深浅不一。
铁素体在基体中的含量常作为调质工艺质最的指标之一，一般在100倍下评定。
图33 500X
图号：图33
材料：ZG42CrMo
工艺情况：铸造、正火后调质处理
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀
组织说明：
回火索氏体及少量铁素体，灰色小块状物为夹杂物。由于合金元素存在，组织均匀化比普通碳钢较困难些。希望通过正火细化组织、改善枝晶偏析。本样品仍存在组织不均匀现象。
来源：每天学点热处理
