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浅论影响35CrMo风机轴调质后低温冲击韧 性的因素 作者：周军 江阴市凯鑫装备科技有限公司 摘要：通过对35CrMo钢风机轴金相组织及化学成份分析，试验并采取了针对性的措施，从而有效地解决了35CrMo钢风机轴调质后低温冲击韧性不合格的问题。 关键词：低温冲击韧性 化学成分 淬透性 带状偏析 引言： 本文所述的35CrMo风机轴为应用于风力发电机组的关键部件，工件对调质处理后的本体机械性能要求极为严苛，本人所在公司在采用多种工艺方式处理后，工件本体力学性能不合格，特别是低温冲击韧性值低于技术要求，本文目的是分析造成工件低温冲击韧性不合格的原因，以及相应的注意事项与解决方案。 一、35CrMo风机轴的零件结构简图，化学成分及技术要求 1.35CrMo风机轴的零件结构简图与取样部位(图1） 图1 零件简图与力学试棒取样位置 图1 2.35CrMo风机轴的化学成分（表1） 表1 35CrMo 钢主要化学成份[1]
3.35CrMo风机轴调质后的机械性能要求（表2） 表2 风机轴性能要求
注：取样中心沿纵向距表1/2R（取样部位直径190） 二、35CrMo风机轴历次调质工艺与性能数据汇总
三、35CrMo风机轴低温冲击韧性值不合格原因分析 1、技术要求分析 如图 1 所示，为风机轴示意图。由图可见，风机轴试样位置位于Φ190mm 的加端，端面长度是 150mm。取样位置位于端面直径的 R/2 处。 风机轴调质后的力学性能要求需满足表2所示，由表可见，风机轴力学性能要求中-20℃的V型冲击性能是最难以实现的，从表3数据可见采用6种不同工艺调质后的低温冲击韧性值均不合格。难以实现的原因有两个： （1）取样位置：技术要求规定了在于Φ190mm 的 R/2 位置取样。这与通常国际标准加严了很多，通常国外取样位置是在距离表面 12.5mm 的地方或者 R/3 处。据国内出版的《简明热处理工手册》[2]介绍：35CrMo钢的淬透性参数为：其在20～40℃的5～10%盐水中的冷却临界直径（D0）为35-50mm，其半马氏体硬度为43HRC，半马氏体至试样末端的垂直距离为10-29mm。显然技术要求规定的取样位置超出了其正常的淬透性参数。 （2）冲击功数值：技术要求规定了-20℃低温冲击功达到≥40J，而一般国际标准要求是≥27J。 2、低温冲击试样分析 风机轴经过10%盐水淬火后，-20℃低温冲击韧性值（平均）分别为：23J和28J,不满足技术要求。为此，首先针对冲击试样进行金相组织分析。为了便于分析，试样编号编为 32 和 11。 图2 25× 试样编号：32 图3 500× 试样编号：32 图4 25× 试样编号：11 图5 500× 试样编号：11 如图2至图5所示，为01和02的冲击试样金相组织。由图可以看出，32的金相组织主要是贝氏体组织，还有10%左右的回火索氏体。11的金相组织基本都是贝氏体组织。另外，值得注意的是两者的晶粒度都是6.5级，存在个别混晶，晶粒达到了5.0级，为中等晶粒度，达不到工件锻造后晶粒度≥7级的细晶要求。两者的带状组织都在2.5级左右，带状组织使钢材的力学性能产生各向异性，即沿着带状纵向的韧性好，横向的韧性差，上述冲击试样的带状偏析正好沿纵向分布，故横向的低温冲击韧性值低在情理中。 由此可见，组织类型和晶粒度等级不理想是降低低温冲击韧性值的主要因素。其中晶粒度是由冶金、锻造和热处理三个方面来决定，目前热处理已经进行了两次奥氏体化的细化，但是晶粒度依然比较粗大，另外，工件虽然经过高温扩散退火+两次正火，仍然不能有效改善带状偏析。由此可以判断其冶金质量和锻造质量还需要进行进一步的提升。 3.化学成分分析 为了提升低温冲击韧性，也就是需要提高金相组织中的马氏体含量。通常，影响组织类型的主要影响因素是合金成分和热处理。为此，在热处理确认的条件下，有必要对化学成分进行分析。 如表4所示，为35CrMo成分分析。其中编号32为冲击样32的化学成分，典型成分为设计成分。为了分析成分对组织类型的影响，计算了32和典型化学成分的淬透性曲线[3]对比如图6所示。由图可见，即使是同一牌号的35CrMo，但是两者的淬透性曲线差别很大。这样会极大地影响组织类型，即淬火得不到较多的马氏体组织，而是形成了以贝氏体为主的淬火组织，从而影响低温冲击韧性。 表4 35CrMo成分分析
图6 两组成分的淬透性曲线对比 在10%盐水的淬火条件下，结合技术要求，为了保证Φ190的R/2的低温冲击韧性获得合适的组织，则需要保障端淬距离30mm的地方硬度在39HRC以上。由上计算可见，为了保障技术要求，则需要严格控制35CrMo的化学成分。 四、提高35CrMo风机轴低温冲击韧性的解决措施 由前面分析可知，由于技术要求与通常产品加严了许多，此次的冲击功不合格的产品存在马氏体含量太少和晶粒度粗大的问题。为了保证低温冲击韧性需要以下措施： 1、严格控制35CrMo的化学成分范围，特别是C,Mn,Cr,Mo这几个元素最好控制在中上限，以利于提高淬透性，从而提高韧性。 2、严格控制锻造工艺，尤其是锻造后的晶粒度控制，将锻造后后的晶粒度控制在≥7级，另外通过优化锻造工艺将原材中的带状偏析控制在≤1.5级，将有助于提升淬火后组织质量，从而提升低温冲击韧性。 3、改善后的各项数据： （1）改善后的化学成份（表5） 表5 改善后的35CrMo成分分析
（2）改善后的原材锻造正火后的晶粒度与组织 图7 晶粒度 ×100 图8 正火组织 ×400 图7晶粒度等级经测为7级， 图8为合格正火组织。 （3）改善后热处理工艺与实测性能（表6）
数据表明35CrMo风机轴原材经过改善调质后的性能全部合格 （4）改善后的调质组织（图9） 图9 为改善后的调质金相组织，回火索氏体+铁素体，按GB/T13320-2007《钢质模锻件金相组织评级图及评定方法 》评级为3级，为合格组织。 图9 改善后的调质金相组织 ×400 五、 结论 综上所述，我司在后续的生产中强化了对原材料的质量管控，首先是采购C,Mn,Cr,Mo元素成份在中上限的35CrMo锻造原材，其次对对锻造及正火后的组织作确认，确认原材中的带状偏析≤1.5级，晶粒度控制在≥7级，然后通过正常调质后最终使得低温冲击韧性明显提升并合格。 咨询、了解意大利瑟肯热处理防渗保护涂料请点击下面小程序
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