42CrMo材料的强韧化处理方法

　　**名称：42CrMo材料的强韧化处理方法

　　技术领域：

　　本发明涉及一种热处理工艺，尤其涉及一种42CrMo材料的强韧化处理方法。

　　背景技术：

　　风电是清洁能源的重要组成部分，但是风电机组都处于野外自然条件恶劣的地 方，受力情况复杂多变，这就对机组上的连接螺栓的可靠性提出了很苛刻的要求；连接 螺栓的强度指标(抗拉伸强度)要达到ObIlOOMPa以上，超过国标GB/T3098. 1规定的 ob1040MPa要求；同时，如果要使风机在北方冬季严寒天气下正常工作，其连接螺栓的韧性 指标需要达到-40°C低温冲击功Akv35J以上，这也比国标规定的常温冲击功Akv27J的要求 更为严苛。对42CrMo材料而言，因为强度指标和韧性指标是互为矛盾的，若采用普通的热处 理调质工艺，提高其中一个指标，将导致另一指标下降，普通的热处理调质工艺不能同时满 足强度指标和韧性指标的要求；针对两种指标不能兼顾的问题，现有技术只能通过选用十 分昂贵的含Ni材料(如40CrMMO)来解决，这使得生产成本大幅增加。

　　发明内容

　　针对背景技术中描述的问题，本发明在不改变42CrMo材料的基础上，对材料的处 理工艺进行了改进，使42CrMo材料的强度指标和韧性指标均达到使风机可在野外恶劣条 件使用的要求；具体处理步骤为1)将42CrMo材料加热至高于42CrMo材料的奥氏体化温 度Ac3 60°C ^80°C，并在此温度下对42CrMo材料进行保温，保温时间满足使42CrMo材料完 全奥氏体化；

　　2)对经过步骤1)处理后的42CrMo材料，在温度低于奥氏体化温度Ac35°C 10°C 的条件下，对42CrMo材料进行保温，保温时间满足使42CrMo材料中的铁素体析出含量在 5% 10% ；

　　3)对经过步骤2)处理后的42CrMo材料进行淬火；

　　4)对经过步骤3)处理后的42CrMo材料，进行回火处理，消除淬火处理后的残余应力。前文所述步骤1)中保温时间为2小时以上。前文所述步骤2)中保温时间为2小时以上。前文所述步骤3)中的回火处理包括在温度530°C条件下，对42CrMo材料保温3 小时。本发明的有益技术效果是采用本发明方法，可使低成本的42CrMo材料的强度指 标和韧性指标同时得到提高，由此材料所制作出的零件，可满足设备在恶劣天气环境下长 期正常工作。

　　图1、本发明的工艺流程示意3图2、经普通工艺处理得到的42CrMo材料金相照片；

　　图3、采用本发明工艺，在双相区淬火后，进行低温回火处理后的42CrMo材料金相照

　　片；

　　图4、采用本发明工艺得到的42CrMo材料金相照片。

　　具体实施例方式在钢材内部组织结构中，铁素体是软而韧，马氏体是硬而脆，两种组织的性质相 反，但利用双相钢原理，只要使两种组织的金相合理搭配，是能够同时得到较高的强度和韧 性的；具体来说，就是在热处理过程中，控制热处理工艺的参数(温度和时间)，达到调整铁 素体和马氏体(更准确的说，应该是由马氏体转化得到的回火索氏体)的数量、形貌和分布 特征的目的，这样就可解决强度和韧性之间的矛盾，更终获得同时具备较高强度和韧性的 材料。本发明的思路是让材料内部的金相组织全部转化为奥氏体，然后再使其析出部 分铁素体，形成双相组织，并在双相区进行淬火，使剩余的奥氏体(即析出铁素体后剩余的 奥氏体)形成淬火马氏体，再对材料进行回火，使淬火马氏体转化为回火索氏体，更终得到 金相结构由回火索氏体和铁素体组成的新材料；其具体步骤为

　　1)将42CrMo材料加热至高于42CrMo材料的奥氏体化温度Ac360°C 80°C，并在此温 度下对42CrMo材料进行保温，保温时间满足使42CrMo材料完全奥氏体化；

　　2)对经过步骤1)处理后的42CrMo材料，在温度低于奥氏体化温度Ac35°C 10°C 的条件下，对42CrMo材料进行保温，保温时间满足使42CrMo材料中的铁素体析出含量在 5% 10% ；

　　3)对经过步骤2)处理后的42CrMo材料进行淬火；

　　4)对经过步骤3)处理后的42CrMo材料，进行回火处理，消除淬火处理后的残余应力。这其中有几个问题值得说明

　　首先，在步骤1)中的奥氏体转化过程中，奥氏体化温度Ac3 (对于42CrMo材料而言，其 奥氏体化温度Ac3为780°C)仅是一个临界点，仅加热至此温度，无法保证材料奥氏体化的 充分、完全，故需要将温度升高至奥氏体化温度Ac3以上；但是，此温度又不能太高，温度太 高会导致得到的奥氏体的晶粒较为粗大，影响材料的性质，发明人经过长期研究，发现只有 将其控制在60°C 80°C范围内，才能既保证材料的奥氏体化充分高效的进行，又不至于使 得到的奥氏体的晶粒较为粗大。步骤1)中，在将42CrMo材料加热至高于42CrMo材料的奥氏 体化温度Ac3 60°C 80°C后，还要对材料进行保温，其保温时间也与现有技术有很大区别， 现有技术中，为了节省能源，一般通过实验检测出材料完全奥氏体化所需要的保底时间，然 后从节省能源的角度考虑，尽量缩短其保温时间，但发明人认为这种思路是不正确的，采用 保底保温时间，虽然也能使奥氏体转化完全，也固然节省了能源，但这会使所得的奥氏体晶 粒不均勻，为了使所得的奥氏体晶粒均勻，发明人认为应将保温温度设置在2小时以上。关于步骤2)，现有理论认为，铁素体的含量应该被控制在合理范围，否则对材料的 金相结构有害，但却并没有具体的工艺指导如何获得合理范围的铁素体，发明人通过大量 的研究，发现将温度控制在低于奥氏体化温度Ac3 5°C 10°C的条件下，可以使铁素体析出 含量稳定在59TlO%(温度越低，铁素体析出含量相对越多)，由于实际材料存在差异性，只要

　　4保证步骤2)中的保温时间在2小时以上，就能保证析出的铁素体含量在59TlO%范围内，并 且分布均勻。 关于步骤3)，淬火处理后，材料中的奥氏体在淬火过程中转化为淬火马氏体，在经 步骤4)的回火处理，淬火马氏体转化为回火索氏体，这一过程中，比较重要的是回火的温度 和回火时间，回火处理可以消除因淬火处理而引起的材料内部的残余应力，回火温度与所 得到的产品的材料硬度HRC有关，发明人经过研究发现，对标准品质的42CrMo材料，将回火 工艺控制在温度530°C，回火时间3小时的条件下，可以使产品的材料硬度HRC在37 士 1，满 足材料的强度指标(抗拉伸强度)达到ObIlOOMPa以上。回火温度和时间可根据实际产品 的材质差异进行调整，一般来说回火温度越高，材料硬度HRC相对越低，

　　参见图2，由普通工艺所得到的42CrMo材料，其晶粒部分粗大，且各金相组织分布不均 勻；参见图4，由本发明工艺所得到的42CrMo材料，其受检面组织为均勻分布的回火索氏体 组织，其晶粒细小，且各金相组织分布均勻；参见图3，为了使铁素体能在显微镜下被肉眼 分辨，采用低温回火(200°C 300°C)处理后得到的金相图，从图中可以看出，受检面组织为 均勻分布的回火马氏体组织+少量铁素体组织，铁素体分布均勻，数量约为8%。图3和图4 均为采用本发明工艺的双相区淬火，仅回火温度不同的42CrMo材料金相图，图4中的铁素 体分布与图3中的铁素体分布相似。

　　权利要求

　　一种42CrMo材料的强韧化处理方法，其特征在于其工艺步骤为1)将42CrMo材料加热至高于42CrMo材料的奥氏体化温度Ac3 60℃~80℃，并在此温度下对42CrMo材料进行保温，保温时间满足使42CrMo材料完全奥氏体化；2)对经过步骤1)处理后的42CrMo材料，在温度低于奥氏体化温度Ac3 5℃~10℃的条件下，对42CrMo材料进行保温，保温时间满足使42CrMo材料中的铁素体析出含量在5%~10%；3)对经过步骤2)处理后的42CrMo材料进行淬火；4)对经过步骤3)处理后的42CrMo材料，进行回火处理，消除淬火处理后的残余应力。

　　2.根据权利要求1所述的42CrMo材料的强韧化处理方法，其特征在于步骤1)中保 温时间为2小时以上。

　　3.根据权利要求1所述的42CrMo材料的强韧化处理方法，其特征在于步骤2)中保 温时间为2小时以上。

　　4.根据权利要求1所述的42CrMo材料的强韧化处理方法，其特征在于步骤3)中的 回火处理包括在温度530°C条件下，对42CrMo材料保温3小时。

　　全文摘要

　　本发明公开了一种42CrMo材料的强韧化处理方法，其工艺步骤为先对材料加热，使其完全奥氏体化，再降温析出铁素体形成双相组织，对双相组织进行淬火和回火处理；本发明的有益技术效果是采用本发明方法，可使低成本的42CrMo材料的强度指标和韧性指标同时得到提高，由此材料所制作出的零件，可满足设备在恶劣天气环境下长期正常工作。

　　文档编号C22C38/22GK101967542SQ20101054389

　　公开日2011年2月9日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日

　　发明者康建峰, 邝胜海 申请人:康建峰