高鐵車(chē)軸用34crnimo6鋼熱處理工藝的試驗(yàn)研究

erbo是負(fù)責(zé)高速鐵路上動(dòng)態(tài)負(fù)荷的重要零件。它主要承受彎曲負(fù)荷、扭轉(zhuǎn)負(fù)荷或彎扭轉(zhuǎn)復(fù)合負(fù)荷，并受到一定的影響。因此,對(duì)車(chē)軸鋼材而言,需要保證其良好的強(qiáng)度,特別是彎扭復(fù)合疲勞強(qiáng)度及韌性。車(chē)軸材料是決定車(chē)軸壽命和可靠性的關(guān)鍵部件之一,許多國(guó)家都非常重視對(duì)車(chē)軸材料的開(kāi)發(fā)。車(chē)軸材料一般分為兩大類(lèi),即碳素鋼車(chē)軸及合金鋼車(chē)軸。依據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn),高速鐵路采用合金鋼車(chē)軸,常選用25CrMo4、30CrNi3、30CrMoA、34CrNiMo6等材質(zhì)。由于各國(guó)的國(guó)情不同,技術(shù)觀點(diǎn)不同,選用的車(chē)軸材料不盡相同,但都屬于含碳量較低的鋼的范疇。車(chē)軸鋼材的含碳量一般選擇0.30%～0.45%,加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪?而Cr、Ni、Mo等合金元素是車(chē)軸鋼合金化的主要元素。高鐵車(chē)軸要求的力學(xué)性能指標(biāo):抗拉強(qiáng)度≥610MPa;屈服強(qiáng)度≥345MPa;斷后伸長(zhǎng)率≥21%。選擇高速鐵路用車(chē)軸鋼材時(shí),除了需要保證原材料具有良好的性能外,還要選擇合適的熱處理工藝,以確保車(chē)軸的力學(xué)性能和小的熱處理畸變?？紤]價(jià)格因素,我國(guó)目前高鐵車(chē)軸用材較多的是35CrMo鋼,而用34CrNiMo6鋼較少,因此對(duì)34CrNiMo6鋼的研究較少,缺少34CrNiMo6鋼的常規(guī)數(shù)據(jù)。為了掌握34CrNiMo6鋼的力學(xué)性能,了解其特性,本文對(duì)34CrNiMo6鋼的熱處理工藝進(jìn)行了研究,主要包括奧氏體化溫度、冷卻方式和回火溫度等等與性能之間的關(guān)系。1試驗(yàn)材料和方法1.1材料物理性能選用退火態(tài)34CrNiMo6鋼作為試驗(yàn)材料,試樣尺寸?50mm×200mm。從試樣心部截取部分材料,應(yīng)用SPECTROMAXX等離子體直讀光譜儀分析材料的化學(xué)成分,分析結(jié)果見(jiàn)表1。用430SVD金相顯微鏡觀察試樣顯微組織,用AKASHIMVK-E維氏硬度計(jì)(加載載荷砝碼50g)測(cè)試材料硬度。由圖1可知,試驗(yàn)鋼原始組織為球狀珠光體+碳化物,碳化物顆粒較細(xì)小,呈點(diǎn)、球狀分布。其平均硬度為291.02HV0.05。1.2硬度、拉伸和沖擊強(qiáng)度選用VOQ-334型雙室油氣淬火真空爐對(duì)34CrNiMo6鋼進(jìn)行熱處理工藝試驗(yàn),奧氏體化溫度分別為850和870℃。用箱式電阻爐對(duì)34CrNiMo6鋼進(jìn)行不同溫度的回火處理,回火溫度分別為530、560、590、620、650和680℃。用TH300洛氏硬度計(jì),并按GB/T230.1—2009《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)》的規(guī)定測(cè)試硬度;用CMT5305SANS微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),并按GB/T228.1—2010《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》的規(guī)定測(cè)試抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率;用ZBC2302-B金屬擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī),并按GB/T229—2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》分別測(cè)試常溫、-20℃和-40℃沖擊吸收能量;用430SVD金相顯微鏡,并按GB/T13298—1991《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》的規(guī)定觀察顯微組織。2工藝試驗(yàn)和分析2.1體溫度對(duì)硬度和組織的影響2.1.1監(jiān)獄硬度與硬度的關(guān)系34CrNiMo6鋼試樣經(jīng)850、870℃油淬后,其平均硬度分別為53.8和53.4HRC。兩者淬火硬度相差很小。34CrNiMo6鋼試樣經(jīng)850、870℃油淬后,采用530、560、590、620、650、680℃回火,回火后測(cè)試硬度,回火溫度與硬度之間的關(guān)系如圖2所示。由圖2可知,34CrNiMo6鋼試樣經(jīng)850、870℃油淬,在530～550℃回火,其硬度值相差不大;在550～650℃回火,850℃油淬回火后的硬度略高于870℃油淬回火后硬度。2.1.2顯微組織的測(cè)定圖3是34CrNiMo6鋼試樣經(jīng)不同溫度奧氏體化油冷后得到的顯微組織。從圖3中可以看出,34CrNiMo6鋼經(jīng)850℃油淬、870℃油淬后得到的組織均為均勻細(xì)小的板條狀馬氏體組織。2.2由回族溫度和機(jī)械能力之間的關(guān)系確定2.2.1油淬加馬加克氏回400油淬從圖2中34CrNiMo6鋼回火溫度與硬度之間的關(guān)系可以看出,隨著回火溫度的升高,硬度下降。在850℃油淬后,經(jīng)530℃回火后硬度可達(dá)42.8HRC,當(dāng)回火溫度升高至650℃時(shí),硬度為29.1HRC。在870℃油淬后,經(jīng)520℃回火后硬度為43.1HRC,當(dāng)回火溫度升高至650℃時(shí),硬度為26.2HRC。2.2.2性能測(cè)試與分析34CrNiMo6鋼試樣經(jīng)850、870℃油淬后,分別采用不同溫度對(duì)34CrNiMo6鋼進(jìn)行回火,測(cè)試抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率,具體數(shù)據(jù)如圖4所示。從圖4可以看出,隨著回火溫度的升高,34CrNiMo6鋼抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度顯著下降,斷后伸長(zhǎng)率逐步上升。2.2.3沖擊吸收能量測(cè)定34CrNiMo6鋼試樣經(jīng)850、870℃油淬后,分別采用不同溫度對(duì)34CrNiMo6鋼進(jìn)行回火,測(cè)試沖擊吸收能量,結(jié)果如圖5所示。由圖5可知,34CrNiMo6鋼隨著回火溫度的升高,沖擊吸收能量逐步提高。相同條件處理的試樣沖擊溫度越低,沖擊吸收能量下降越明顯。但在淬火溫度850℃油淬、回火溫度為620℃時(shí),常溫沖擊吸收能量為97.6J,-20℃沖擊吸收能量93.3J,-40℃沖擊吸收能量88.7J,常溫沖擊吸收能量與低溫沖擊吸收能量較為接近;在淬火溫度870℃油淬、回火溫度為620℃時(shí),常溫沖擊吸收能量為103.5J,-20℃沖擊吸收能量96.5J,-40℃沖擊吸收能量94.0J,常溫沖擊吸收能量與低溫時(shí)相近,表明34CrNiMo6鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于-40℃,該鋼在常溫到-40℃之間可保持較好的韌性,保證了高鐵在中國(guó)南北溫差較大的區(qū)域正常運(yùn)行。2.2.4優(yōu)化回血流體的組織34CrNiMo6鋼試樣在850℃油淬后,經(jīng)不同回火溫度熱處理后的顯微組織如圖6所示。從圖6(a)可以看出,在回火溫度為530℃時(shí)基本保持馬氏體位相的回火組織,碳化物很細(xì)小,鐵素體含量很少,此時(shí)組織仍保持比較高的硬度(43HRC左右),是比較典型的回火屈氏體組織。從圖6(b)～(d)可以看出,隨著回火溫度的升高,保持馬氏體位相的回火屈氏體含量逐步減少,碳化物顆粒逐步長(zhǎng)大,鐵素體的含量逐步增加。圖6(e)～(f)可以看出,在回火溫度達(dá)620℃時(shí),保持馬氏體位相的區(qū)域逐步減少,有保持馬氏體位相的回火索氏體,碳化物長(zhǎng)大,等軸狀的鐵素體含量和區(qū)域進(jìn)一步增大,硬度低于32HRC。2.3由馬氏體分布的回轉(zhuǎn)索氏體的力學(xué)性能根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果,制定出34CrNiMo6鋼優(yōu)化熱處理工藝,具體工藝為850℃奧氏體化后油淬,回火溫度為680℃。該工藝處理的34CrNiMo6鋼試樣的顯微組織為保持馬氏體位向分布的回火索氏體,在索氏體上有大量顆粒狀滲碳體(如圖6(f)所示),其力學(xué)性能如下:34CrNiMo6鋼經(jīng)850℃油冷、680℃回火后其抗拉強(qiáng)度為829.7MPa,屈服強(qiáng)度為730.0MPa,伸長(zhǎng)率23.3%,達(dá)到了高鐵車(chē)軸要求的力學(xué)性能指標(biāo)(抗拉強(qiáng)度≥610MPa;屈服強(qiáng)度≥345MPa;斷后伸長(zhǎng)率≥21%)。經(jīng)沖擊試驗(yàn),其常溫沖擊吸收能量與-20℃、-40℃時(shí)相差不大(分別為141.7、128.3和121.3J)。淬火后和淬火+回火后的硬度分別為54.2、25.3HRC。3種性能對(duì)比34CrNiMo6鋼經(jīng)850℃油淬、870℃油淬后得到的組織均為均勻細(xì)小的板條狀馬氏體組織,其平均硬度分別為53.8和53.4HRC,說(shuō)明試樣在850、870℃都已經(jīng)淬透,組織和硬度相差不大,這說(shuō)明34CrNiMo6鋼具有良好的淬透性。34CrNiMo6鋼經(jīng)不同溫度回火后,回火后的硬度隨著回火溫度的升高而降低,試樣在850、870℃油淬,530～550℃回火時(shí),兩者硬度值相差不大;在550～650℃回火時(shí),850℃油淬回火后的硬度略高于870℃油淬回火后硬度。34CrNiMo6鋼隨著回火溫度的升高,抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度下降,在530～650℃回火,抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均滿(mǎn)足高鐵車(chē)軸要求的性能指標(biāo)(抗拉強(qiáng)度≥610MPa;屈服強(qiáng)度≥345MPa);斷后伸長(zhǎng)率隨著回火溫度的升高而升高,在850℃油淬650℃回火,斷后伸長(zhǎng)率為20.56%,870℃油淬650℃回火斷后伸長(zhǎng)率19.96%,在850℃油淬680℃回火時(shí)23.28%,滿(mǎn)足了高鐵車(chē)軸斷后伸長(zhǎng)率≥21%的要求。所以,本試驗(yàn)推薦34CrNiMo6鋼的熱處理工藝為850℃油淬,680℃回火,其抗拉強(qiáng)度為829.7MPa,屈服強(qiáng)度為730.0MPa,斷后伸長(zhǎng)率可達(dá)23.3%,達(dá)到高鐵車(chē)軸要求的力學(xué)性能指標(biāo),且常溫、-20℃和-40℃沖擊吸收能量分別為141.7、128.3和121.3J。4結(jié)論134cti-136鋼℃奧氏體化后油淬,硬度相差不大,組織均為均勻細(xì)小的板條狀馬氏體組織,具有良好的淬透性。234cti-136鋼℃奧氏體化后油淬,隨著回火溫度的升高,硬度、抗