一种利用一次热循环对AISI4140及AISI4340结构钢锻件进行调质的工艺方法

技术领域

本发明属于轴锻件制造技术领域，特别涉及利用一次热循环对大规格锻件进行调质，缩短制造周期，降低制造成本的一种工艺方法。

背景技术

传统大规格轴锻件进行调质的制造工艺路线均采用锻造后热处理，粗加工后再进行调质。不但制造周期长，同时需经过二次以上的热循环，增加锻件表面氧化脱碳倾向，制造成本高。本发明锻后直接进行扩氢退火+调质处理，采用一次热循环进行调质，不但能够降低制造成本，同时能缩短工艺流程，其力学性能同样能够达到粗加工后调质的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用一次热循环对大规格结构钢锻件进行调质的工艺方法，其锻件力学性能同样能够达到粗加工锻件调质的效果，同时能够缩短生产周期和降低制造成本。

本发明的目的是这样实现的：

一种利用一次热循环对大规格结构钢锻件进行调质的工艺方法，包括如下的步骤：

步骤一：锻造采用控温锻造

主要控制锻造最后成型过程的变形量及温度，控制成型温度在700～850℃，变形量控制在20～30%，即在高于钢材再结晶温度的AC3临界点附近进行控温锻造，以避开临界变形量；同时在设备允许的条件下，控制变形量在20～30%，利用动态充分再结晶、低温大变形量及锻后快冷等工艺措施，将形变与相变有效的结合，实现多重细化晶粒和改善组织，其效果可达到对比例锻后正火的效果，同时低温较大变形量，使锻件心部得到有效压实。

步骤二：利用锻后的热量进行锻后退火+调质处理

将锻件锻后扩氢退火与性能热处理（即调质）有机结合，实现一次热循环达到传统锻件采用二次热循环进行调质处理的效果。锻后快冷至400～650℃，然后在材料临界点附近（600～700℃）进行待料保温，整批锻件锻造完成后，过冷至300～400℃，按1～2小时/100mm进行保温，促使心部奥氏体向珠光体转变，进一步改善锻后晶粒度及消除粗大的片状珠光体，为后续淬火做组织准备。其后升温至调质淬火温度，进行调质处理；调质处理的淬火温度采用800～900℃，均、保温时间采用0.5～1.5小时/100mm，使工件心部达到规定温度、完成奥氏体转变，淬火冷却时采用空-水间隙的水冷方式，进行深度淬火冷却，代替传统的水淬油冷，充分挖掘材料潜力。间歇空冷-水冷三次，第一次空冷时间为≤3min，水冷时间为6-20min，第二次空冷时间为4-5min，水冷时间为4-10min，第三次空冷时间为5-6min，水冷时间为3-5min，这样可避免淬火应力和温度应力作用下引起的淬火缺陷，能够深度过冷，充分挖掘材料潜力，淬火后进行高温回火，使马氏体分解、残余奥氏体转变，从而达到粗加调质的效果。

该发明的优点在于通过本技术方案的实施，利用锻造热量，进行后续的锻后扩氢退火及调质热处理，实现一次热循环完成锻件的调质处理，其调质后产品的力学性能与粗加工后进行调质的力学性能相当。

附图说明

图1为锻后扩氢+调质处理的曲线图。

图2为锻后退火的曲线图。

图3为锻后扩氢及粗加工后进行调质处理的曲线图。

具体实施方式

    实施例1

交货规格为Φ500×5800的AISI4140锻件，在锻造最后一火次，预留30～100mm的变形余量，锻造温度控制在700～800℃进行拔长工序，获得所需形状和尺寸，锻后空冷至锻件表面450～550℃，然后入炉在650±50℃按0.6～1.0h/100mm进行保温，保温后吊下空冷或雾冷，冷至300～400℃后入炉在此温度下按0.8～1.5h/100mm进行保温,保温后升至850±50℃，在此温度下按

0.6～1.0h/100mm进行均匀，按0.6～1.0h/100mm进行保温，保温结束后出炉淬火，采用间歇空冷—水冷方式进行淬火，然后在500±50℃，分别按1.5～2.5h/100mm进行均保温后，空冷。

实施例2

交货规格为Φ400×5800的AISI4340锻件，在锻造最后一火次，预留60～120mm的变形余量，锻造温度控制在750～850℃进行拔长工序，获得所需形状和尺寸，锻后空冷至锻件表面500～550℃，然后入炉在650±50℃按0.8～1.2h/100mm进行保温，保温后吊下空冷或雾冷，冷至300～400℃后入炉在此温度下按1.0～1.5h/100mm进行保温,保温后升至850±50℃，0.8～1.2h/100mm进行均温，按0.8～1.2h/100mm进行保温，保温结束后出炉淬火，采用间歇空冷—水冷方式进行淬火，然后在550±50℃，分别按2.0～2.5h/100mm进行均保温后，空冷。

上述实例实施后力学性能检测结果见表1

          表1     力学性能检测结果                  

从表1的结果看，本发明锻后采用一次热循环直接进行锻后扩氢+调质处理，产品最终力学性能与锻后进行退火、粗加工后进行调质对比看，其强度相当，韧性优于传统的粗加后进行调质性能，同时减少多次热循环造成的锻件氧化和脱碳现象，即节约制造成本，同时缩短工艺流程和制造周期。