3 0 C r N i M o 8 轴 轴 技 技 术 术 要 要 求 求 与 与 热 热 处 处 理 理 工 工 艺 艺 改 改 进 进 方 方 案 案
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3 0 C r N i M o 8 轴 轴 技 技 术 术 要 要 求 求 与 与 热 热 处 处 理 理 工 工 艺 艺 改 改 进 进 方 方 案 案
30CrNiMo8 zhóu jì shù yào qiú yǔ rè chù lǐ gōng yì gǎi jìn fāng àn
轴 是 电 机 中 一 个 重 要 零 件 ， 作 为 电 机 与 设 备 之 间 机 电 能 量 转 换 的 纽 带 ， 支 承 转 动 零 部 件 、 传 递 力 矩 和 确 定 转 动 零 部
件 对 定 子 的 相 对 位 置 。 因 此 ， 电 机 轴 必 须 具 有 可 靠 的 强 度 和 刚 度 ， 以 确 保 设 计 功 能 的 实 现 。
我 公 司 生 产 的30CrNiMo8 轴 为 阶 梯 轴 如 图1 所 示 ， 锻 造 后 需 要 进 行 整 体 调 质 热 处 理 ， 本 体 机 械 性 能 要 求 高 ， 并 且 需 要
进 行 低 温 冲 击 试 验 ， 所 以 需 要 有 良 好 的 综 合 机 械 性 能 。 为 保 证 产 品 质 量 并 防 止 淬 火 冷 却 速 度 过 大 造 成 开 裂 ， 本 文 对
30CrNiMo8 材 料 特 性 ， 热 处 理 工 艺 开 发 过 程 进 行 了 简 单 阐 述 。
30CrNiMo8 轴 技 术 要 求
⑴30CrNiMo8 材 料 化 学 成 分 见 表1 。
表1 30CrNiMo8 主 要 化 学 成 份 （wt% ）
⑵30CrNiMo8 轴 热 处 理 机 械 性 能 要 求 见 表2 。 表2 30CrNiMo8 轴 热 处 理 后 机 械 性 能 要 求
1) 机 械 性 能 ： 同 一 热 处 理 炉 次 ， 在 轴 连 体 试 样 二 分 之 一 半 径 处 ， 取 样 进 行 机 械 性 能 试 验 。
2) 硬 度 均 匀 性 要 求 ： 中 间 位 置 同 一 圆 周 周 向 检 测 四 点 （ 均 布 ） ， 硬 度 差 值≤40HB 。 轴 向 检 测 四 点 （ 隔100mm ） 如 图2 所
示 ， 硬 度 差 值≤40HB 。图2 硬 度 均 匀 性
3) 硬 度 分 布 ： 连 体 试 样 靠 轴 端 横 截 面 径 向 硬 度 梯 度 ， 从 外 圆 面 起 ， 表 面 至 心 部 ， 每10mm 检 测 硬 度 ， 如 图3 所 示 。
图3 硬 度 分 布
4) 金 相 要 求 ： 晶 粒 度≥6 级 ， 级 差 不 大 于3 级 ， 组 织 为 回 火 索 氏 体 。
3 0 C r N i M o 8 轴 轴 工 工 艺 艺 分 分 析 析
轴 材 质 为30CrNiMo8 ， 电 渣 重 熔 方 式 生 产 ， 合 金 元 素 较 多 ， 内 部 缺 陷 相 对 较 少 。 由 于30CrNiMo8 轴 直 径 超 过
200mm ， 从 电 机 轴 调 质 技 术 要 求 看 ， 不 仅 有 高 强 度 的 机 械 性 能 及-40 ℃ 的 低 温 冲 击 ， 而 且 对 表 面 硬 度 及 横 截 面 硬 度 梯 度
有 严 格 要 求 ， 同 时 对 金 相 组 织 也 有 均 匀 性 要 求 。 淬 火 采 用 油 冷 却 不 容 易 得 到 需 要 的 硬 度 以 及 理 想 的 金 相 组 织 和 机 械 性
能 ， 淬 火 采 用 水 冷 虽 然 能 够 保 证 淬 火 后 的 硬 度 ， 组 织 的 均 匀 ， 但 存 在 导 致 工 件 变 形 和 开 裂 的 风 险 ， 冷 却 工 艺 选 择 不 当 极
易 产 生 淬 火 开 裂 。
为 了 解 决 上 述 矛 盾 ， 保 证 产 品 质 量 并 防 止 淬 火 冷 却 速 度 过 大 造 成 开 裂 ， 淬 火 冷 却 采 用 水 淬 油 冷 是 较 为 理 想 的 方 案 。
水 淬 油 冷 是 一 种 双 液 冷 却 的 淬 火 方 式 ， 先 把 工 件 淬 入 冷 却 能 力 较 强 的 水 中 ， 待 工 件 温 度 降 至C 曲 线 鼻 温 以 下 ， 这 样 确 保
了 过 冷 奥 氏 体 不 中 途 分 解 ， 再 将 零 件 淬 入 冷 却 能 力 相 对 较 弱 的 油 中 继 续 冷 却 ， 这 样 过 冷 奥 氏 体 向 马 氏 体 组 织 的 转 变 ， 是
在 脱 离 了 水 剧 烈 冷 却 环 境 转 而 在 油 中 平 缓 的 冷 却 条 件 下 发 生 ， 可 有 效 避 免 组 织 转 变 应 力 与 收 缩 应 力 叠 加 ， 以 防 止 工 件 过
度 变 形 和 开 裂 。
3 0 C r N i M o 8 轴 轴 热 热 处 处 理 理 工 工 艺 艺 方 方 案 案
30CrNiMo8 钢 属 于 德 国DIN 标 准 中 一 种 合 金 结 构 调 质 钢 ， 具 有 较 高 的 屈 服 强 度 、 抗 拉 强 度 ， 同 时 还 有 足 够 塑 性 和 韧性 。 临 界 温 度Ac3 为800 ℃ ， 淬 火 加 热 温 度 为Ac3+(30 ～70) ℃ 。 综 合 考 虑 后 ， 确 定 工 艺 为 ： 正 火880 ℃ ， 保 温5h ； 淬 火 温
度 为840 ～860 ℃ ， 保 温 时 间 为4 ～4.5h ， 淬 火 采 用 水 淬 油 冷 ， 回 火 温 度 选 择570 ～620 ℃ ， 回 火 时 间 的 选 择 不 但 要 保 证 透
烧 使 其 组 织 转 变 得 以 充 分 进 行 ， 同 时 要 尽 量 消 除 残 余 应 力 ， 回 火 时 间 定 为4.5 ～5h ， 回 火 后 采 用 水 冷 。
3 0 C r N i M o 8 轴 轴 热 热 处 处 理 理 工 工 艺 艺
⑴ 热 处 理 工 艺 曲 线 如 图4 、 图5 所 示 。
图4 正 火 热 处 理 工 艺 曲 线
图5 调 质 热 处 理 工 艺 曲 线
⑵30CrNiMo8 轴 锻 件 热 处 理 验 证 。
1)30CrNiMo8 轴 锻 件 粗 加 工 后 最 大 直 径210mm ， 重 量250kg ， 淬 火 加 热 装 炉 采 用 料 筐 装 炉 ， 淬 火 前 启 动 循 环 冷 却 搅
拌 系 统 ， 淬 火 前 水 温≤39 ℃ ， 油 温60 ～80 ℃ 。 水 冷 时 间50 ～60s 后 进 入 油 冷 ， 保 证 淬 火 均 匀 ， 防 止 变 形 和 开 裂 。 回 火 后
采 用 水 冷 ， 避 免 产 生 二 类 回 火 脆 性 。
2) 热 处 理 后 进 行 硬 度 均 匀 性 检 测 和 硬 度 分 布 检 测 ， 检 测 数 据 见 表3 。
表3 硬 度 均 匀 性 及 硬 度 分 布 检 测 数 据3) 连 体 试 样R/2 处 取 样 进 行 机 械 性 能 检 测 ， 检 测 数 据 见 表4 。
表4 机 械 性 能 检 测 数 据
⑶30CrNiMo8 轴 本 体 试 验 数 据 分 析 。
30CrNiMo8 轴 本 体 取 样 机 械 性 能 数 据 ， 表 面 硬 度 均 匀 性 及 截 面 硬 度 分 布 数 据 均 达 到 技 术 要 求 ， 从 总 体 各 位 置 性 能 数
据 看 ， 综 合 机 械 性 能 较 好 ，-40 ℃ 低 温 冲 击 值 富 余 量 较 大 ， 实 物 超 声 波 探 伤 检 测 未 发 现 裂 纹 。 对 实 物 取 样 进 行 金 相 组 织 检
验 ， 金 相 组 织 为 正 常 回 火 索 氏 体 如 图6 所 示 ， 回 火 后 晶 粒 细 小 ， 依 据GB/T 6394-2017 《 金 属 平 均 晶 粒 度 测 定 方 法 》 ， 晶
粒 度 可 评 为7.0 级 以 上 ， 如 图7 所 示 。
结 束 语
30CrNiMo8 材 料 通 过 采 用 水 淬 油 冷 方 式 进 行 淬 火 ， 使 奥 氏 体 向 马 氏 体 转 变 过 程 脱 离 了 水 剧 烈 冷 却 环 境 ， 转 而 在 油 中
平 缓 的 冷 却 条 件 下 发 生 ， 可 有 效 避 免 组 织 转 变 应 力 与 收 缩 应 力 叠 加 ， 控 制 工 件 过 度 变 形 和 开 裂 ， 同 时 机 械 性 能 数 据 、 硬度 分 布 及 金 相 组 织 满 足 技 术 要 求 ， 综 合 性 能 良 好 。
—— 来 源 ： 《 锻 造 与 冲 压 》2019 年 第11 期
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分 类: 钢 管 钢 铁 知 识 | Tags: 钢 铁 性 能 ， 机 械 性 能 ， 钢 铁 ， 生 产 技 术 ， 工 艺 ， 热 处 理 ， 钢 厂 ， 合 金 钢 ， | 添 加 评 论(0)
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