大型環(huán)鍛件不僅用于大型風(fēng)電機(jī)組軸承和風(fēng)塔法蘭，在石油化工壓力容器、港口機(jī)械塔吊回轉(zhuǎn)支承、重型燃汽輪機(jī)組環(huán)件、核電機(jī)組環(huán)件、大型運(yùn)載火箭倉(cāng)體等方面也有著廣泛的應(yīng)用。大型環(huán)鍛件的應(yīng)用領(lǐng)域決定了其復(fù)雜的工作服役條件，要求鍛件有較好的內(nèi)在質(zhì)量與使用性能。直徑9 m環(huán)鍛件零件。 該零件采用高淬透性的42CrMo鋼錠鍛制而成，鋼錠采用“轉(zhuǎn)爐（電爐）+LF精煉+真空脫氣”工藝進(jìn)行冶煉，盡可能減輕成分偏析及降低氣體和夾雜物含量。

直徑9m42CrMo鋼大型環(huán)鍛件原熱處理工藝問題及分析

直徑9 m環(huán)鍛件原熱處理工藝為鍛造后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，其工藝曲線，經(jīng)該工藝處理后的環(huán)鍛件產(chǎn)品表面出現(xiàn)深度約為10 mm的裂紋，內(nèi)部組織粗大且不均勻。原熱處理工藝處理后環(huán)鍛件的表面裂紋和內(nèi)部顯微組織。直徑9 m環(huán)鍛件經(jīng)原工藝熱處理后的力學(xué)性能，其中“3/4處”的取樣位置為鍛件橫斷面上徑向厚度（由外向內(nèi)）的3/4處，“心部” 的取樣位置為鍛件橫斷面上徑向厚度與高度各1/2交匯處。

環(huán)鍛件內(nèi)部組織粗大，會(huì)降低材料的力學(xué)性能，達(dá)不到技術(shù)要求，且大環(huán)件一旦產(chǎn)生裂紋就很難修復(fù)，致使零件報(bào)廢。由于環(huán)鍛件尺寸較大，因此較大的原始鋼錠在鑄造過程中結(jié)晶過程緩慢，造成鑄造組織異常粗大;又因?yàn)樵阱懺爝^程中很難被鍛透，內(nèi)部組織中仍保留有粗大的鑄態(tài)組織,且大型環(huán)鍛件鍛造周期長(zhǎng),加 熱次數(shù)多，變形分布不均勻，在高溫區(qū)域保溫時(shí)間較長(zhǎng)，熱處理后心部組織仍然比較粗大。原材料經(jīng)熱壓制坯及徑、軸向輾環(huán)軋制后，金屬纖維呈圓周向（即縱 向）分布，受軋制力、晶粒度及金屬流向影響，縱向強(qiáng)度高于橫向，導(dǎo)致其性能分布不均。由于零件截面尺寸較小，淬火時(shí)整個(gè)零件的組織全由奧氏體向馬氏體 轉(zhuǎn)變，從而產(chǎn)生較大的組織應(yīng)力，而零件在加熱、冷卻時(shí)由于較大的溫差而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生淬火開裂現(xiàn)象。而且該大型環(huán)鍛件在鍛造完成后沒有進(jìn)行相應(yīng)的去氫處理，這樣會(huì)導(dǎo)致鍛件內(nèi)部存在氫脆白點(diǎn)，加劇了材料的開裂傾向。

直徑9m環(huán)鍛件的鍛后熱處理

工件的鍛后熱處理又可稱為預(yù)備熱處理，它是大鍛件在熱處理前非常重要的工序。大型環(huán)鍛件經(jīng)鍛造后為防止白點(diǎn)的產(chǎn)生，需進(jìn)行去氫處理，而鍛后熱處理可以達(dá)到這一目的，并且可以消除鍛造應(yīng)力，調(diào)整與改善大型鍛件在鍛造過程中所形成的過熱和粗大組織， 降低環(huán)鍛件內(nèi)部化學(xué)成分與金相組織的不均勻性，為環(huán)鍛件的最終熱處理作組織準(zhǔn)備。

42CrMo鋼的Ac3臨界點(diǎn)為780℃，考慮到鋼中Cr、Mo元素的作用，將42CrMo鋼奧氏體化溫度設(shè)為860℃，只要保證鍛件內(nèi)外溫度均勻，獲得全部奧氏體組織即可。

直徑9m環(huán)鍛件的調(diào)質(zhì)處理

為改進(jìn)后的直徑9m環(huán)鍛件的調(diào)質(zhì)工藝曲線。 可以看出，在環(huán)鍛件加熱的過程中增加了幾個(gè)不同溫度的均熱過程，這樣可以減小環(huán)鍛件表面和心部的溫差，從而減小材料內(nèi)部的熱應(yīng)力，降低環(huán)鍛件淬火開裂的幾率，而且可以縮短材料在高溫區(qū)間的保溫時(shí)間，對(duì)減小材料的晶粒度有一定的促進(jìn)作用。 42CrMo鋼在730℃?780℃溫度范圍內(nèi)，其組織開始逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。有研究表明，42CrMo鋼在750℃均熱保溫時(shí)，在相變中球形奧氏體的生成與長(zhǎng)大居于主導(dǎo)地位，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，球形奧氏體數(shù)量增多并穩(wěn)定長(zhǎng)大。但在相變初期，亦有少量針形奧氏體生成，不過隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)針形奧氏體逐漸被穩(wěn)定長(zhǎng)大的球形奧氏體所吞食，終至完全消失，最后在相變完成時(shí)，粗大的原始奧氏體晶粒消失，鋼的組織得到明顯細(xì)化。而且在650℃以后的加熱速度比原工藝大了，因?yàn)榇藭r(shí)材料已處于塑性狀態(tài)，盡量提高材料的加熱速度，可以加大材料在發(fā)生加熱轉(zhuǎn)變時(shí)的過熱度，爭(zhēng)取獲得一定程度的組織細(xì)化的效果。

改進(jìn)后的工藝中，工件淬火冷卻前先預(yù)冷了一段時(shí)間。因840℃的淬火加熱溫度遠(yuǎn)高于780℃的奧氏體化溫度，預(yù)冷處理可以適當(dāng)降低其表面奧氏體化溫度，這樣就降低了馬氏體的形成速度，減小了馬氏體轉(zhuǎn)變過程中的組織應(yīng)力，從而可以降低淬火開裂的幾率，同時(shí)預(yù)冷可以減少工件的蓄熱，增加工件的淬硬層深度。

環(huán)鍛件淬火后內(nèi)應(yīng)力很大，需進(jìn)行回火處理。同時(shí)由于其心部在淬火后尚有未充分轉(zhuǎn)變的過冷奧氏體，需將工件轉(zhuǎn)人回火爐并在低溫下保持一定時(shí)間使心部繼續(xù)冷卻，因此大鍛件淬火后應(yīng)立即回火，中間停留一般不超過1 h。為避免工件表面與心部溫差過大，回火處理時(shí)的加熱升溫速度應(yīng)不超過100℃/h。由于42CrMo鋼屬于具有高溫回火脆性的材料，回火時(shí)當(dāng)溫度在275℃?500 ℃區(qū)間時(shí)必須采用水冷，當(dāng)溫度低于 275℃后，可采用空冷進(jìn)行冷卻，空冷時(shí)用石棉包裹冷卻，這樣可以起到緩冷的作用從正火+調(diào)質(zhì)后的42CrMo鋼環(huán)鍛件上用火焰切割法截取試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，硬度測(cè)試直接在環(huán)鍛件上進(jìn)行。各力學(xué)性能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 228. 1一2010枟金屬材料拉伸試驗(yàn)第1 部分:室溫試驗(yàn)方法》、GB/T 229—2007枟金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》、GB/T 231—2009枟金屬材料布氏硬度試驗(yàn)方法》。沖擊試樣采用夾角為45°、深度 為2 mm、底部曲率半徑為0.25 mm的V型缺口試樣。 硬度計(jì)型號(hào)為320HBS-3000數(shù)顯布氏硬度計(jì)，其鋼球壓頭直徑為10 mm，加載載荷砝碼為3000 kg，保持時(shí)間為 10?15 s。數(shù)據(jù)表明，經(jīng)改進(jìn)后熱處理工藝處理后的42CrMo鋼環(huán)鍛件的各項(xiàng)力學(xué)性能由工件表面向心部呈遞減趨勢(shì)，其中屈服強(qiáng)度的衰減最為顯著。