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一种高强度40CrNiMoA材料锻件热处理工艺的研究发表时间：2020-08-27T06:16:44.091Z 来源：《中国科技人才》2020年第11期作者：刘秀良1 张元东2 胡博文3 林好妹4 [导读] 结果表明，在产品批量生产中，通过控制淬火的冷却速度和回火的温度可以有效提高锻件的力学性能，同时保证同炉产品硬度和性能的均匀性。
江西景航航空锻铸有限公司景德镇 333000摘要：采用不同的淬火工艺和回火工艺，对工厂生产的高强度40CrNiMoA材料锻件进行系列热处理试验，研究了4种热处理工艺对锻件显微组织和性能的影响。
结果表明，在产品批量生产中，通过控制淬火的冷却速度和回火的温度可以有效提高锻件的力学性能，同时保证同炉产品硬度和性能的均匀性。
关键词：淬火；回火；高强度；显微组织；性能；介质；冷却速度；温度；硬度；均匀性 Research on the High strength?40CrNiMoA materials forging of batch production by heat treatment LIU Xiu-liang1，ZHANG Yuan-dong1，HU Bo-wen1，LIN Hao-mei1（Jiangxi Jinghang Aviation Forging & Casting，JingDezhen 333000，China） Abstract：Using different quenching process and the system of tempering process，the factory production of high strength 40CrNiMoA materials forging series heat treatment experiment was carried out，studied on the effect of 4 kinds of heat treatment processes on Microstructure and mechanical properties of forgings. The results show that the product in mass production，by controlling the quenching cooling rate and tempering? temperature can improve the mechanical properties of the forgings，besides，ensure the uniformity of the hardness and performance with the furnace. Key words：quenching、tempering、high strength、microstructure、function、medium、cooling speed、temperature、hardness、uniformity正文：1、材料使用简介随着制造业的高速发展，一些零件对性能要求越来越高，不仅要求较高的强度，还需要有良好的韧性、抗疲劳性和抗断裂特征等。
晶粒粗大和细化（一）晶粒大小对性能的影响1.晶粒大小对力学性能的影响一般情况下，晶粒细化可以提高金属材料的屈服点（σS）、疲劳强度（σ-1） 塑性（δ、ψ）和冲击韧度（αK），降低钢的脆性转变温度，因为晶粒越细，不同取向的晶粒越多，晶界总长度越长，位错移动时阻力越大，所以能提高强度和韧性。
因此，一般要求总希望获得细晶粒。
钢的室温强度与晶粒平均直径平方根的倒数成直线关系（见图1）。
其数学表达式为+Kd1/2σ=σ式中 σ——钢的强度（MP）；σ0——常数、相当于钢单晶时的强度（MPa）；K——与材料性质有关；d——晶粒的平均直径（mm）。
图1 晶粒大小对钢的强度影响 图2 晶粒大小对钢的脆性转变温度的影响1—ω（C）=0.02%，ω（Ni）=0.03%2—ω（C）=0.02%，ω（Ni）=3.64%合金结构钢的奥氏体晶粒度从9级细化到15级后，钢的屈服强度（调质状态）从1150MPa提高到1420MPa，并使脆性转变温度从-50℃降到-150℃。
图2为晶粒大小对低碳钢和低碳镍钢冷脆性转变温度的影响。
对于高温合金不希望晶粒太细，而希望获得均匀的中等晶粒。
从要求高的持久强度出发，希望晶粒略为粗大一些。
因为晶粒变粗说明晶界总长度减少，对以沿晶界粘性滑动而产生变形或破坏形式的持久或蠕变性能来说，晶粒粗化意味着这一类性能提高。
但考虑到疲劳性能又常希望晶粒细一点，所以对这类耐热材料一般取适中晶粒为宜。
例如 GH135晶粒度对疲劳性能及持久性能的影响：晶粒度从4～6级细化到7～9级时，室温疲劳强度从290MPa提高到400MPa。
在700℃下，疲劳强度从400MPa提高到590MPa。
因为在多数情况下大晶粒试样疲劳断口的疲劳条痕间距较宽，说明疲劳裂纹发展速度较快；而疲劳裂纹在细晶粒内向前推进时，不但受到相邻晶粒的限制，而且从一个晶粒到另一个晶粒还要改变方向，这些都可能是细晶能提高疲劳强度的缘故。
但是，晶粒细化后持久强度下降，蠕变速度增加。
40CrNiMoA性能参数40CrNiMoA是合金结构钢（简称合结钢）的其中一种，属于合金调质钢，它是在优质碳素结构钢的基础上，适当地加入一种或数种合金元素（总含量不超过5%）而制成的钢种。
其中的Mo能细化晶粒，提高回火抗力，消除第Ⅱ类回火抗性。
注：A表示高级优质钢，其中的P,S等有害元素的含量比一般普通的要低（1）用途其主要用于为a 制造汽轮机的齿轮，齿圈，整锻转子。
b 内燃机连杆，气门。
c 要求高强度、高韧性、截面尺寸较大的锻件：如风力发电机锻件,卧式锻造机的传动偏心轴、，锻压机曲轴等。
d 汽车，飞机上的特殊耐磨零件等。
(2)主要特性具有高的强度、高的韧性和良好的淬透性，当淬硬到半马氏体硬度时(HRC45)，水淬临界淬透直径为¢≥100mm，油淬临界淬透直径为¢≥75mm；当淬硬到90％马氏体时，水淬临界直径为≯80～90mm，油淬临界直径为¢55～66mm。
此钢又具有抗过热的稳定性，但自点敏性高，有回火脆性，钢的焊接性很差，焊前需经高温预热，焊后要进行消除应力处理（3）标准执行标准GB/T3077-99 《合金结构钢》 Alloy Structure Steels （4）化学处分化学处分规定如下：C:0.37-0.44 Si:0.17-0.37 Mn:0.50-0.80 Cr:0.60-0.90Mn:0.15-0.25 Ni:1.25-1.65（5）热处理（注：热处理工艺因用途不同而变化，以下仅供参考）淬火：850℃ 冷却剂：油回火：600℃ 冷却剂：水，油（6）力学性能抗拉强度：≥980MPa 屈服点：≥835MPa 伸长率：≥12%断面收缩率：≥55% 冲击吸收功：≥78J 冲击韧性值：≥98J/cm2 （7）硬度钢材退火或高温回火供应状态布氏硬度GBW小于等于269。
热处理工艺对40CrNiMoA合金组织及力学性能的影响作者：李子健贾丽敏韩鹏彪梁小凯田燕李昕悦王蕾来源：《河北科技大学学报》2024年第01期摘要：为了提高矿用链轮耐磨性，延长其使用寿命，选取电渣离心铸造40CrNiMoA合金链轮件作为母材，研究热处理工艺对40CrNiMoA合金组织和力学性能的影响。
采用正交试验法，研究不同热处理工艺对合金显微硬度、摩擦磨损及拉伸强度等力学性能的影响，并将测试结果进行极差分析和综合加权评分计算，得出最优热处理工艺参数，最后进行试验验证。
结果表明，正交试验法得到的最优热处理工艺为880 ℃淬火0.5 h，600 ℃高温回火2 h，样品热处理后的组织主要为回火索氏体，维氏硬度为364 HV，抗拉强度为1 166 MPa，磨损率为0.427×10-4 mm3/（N·m）；验证试验结果与正交试验分析结果相近，且热处理后的样品性能可达到使用要求。
研究结果可为矿用链轮件热处理工艺提供理论依据，对有效解决链轮耐磨性和使用寿命问题具有參考价值。
关键词：黑色金属及其合金；40CrNiMoA合金；热处理工艺；显微组织；力学性能；正交试验中图分类号：TG406文献标识码：ADOI：10.7535/hbkd.2023yx06008收稿日期：2023-10-12；修回日期：2023-11-05；责任编辑：冯民基金项目：河北省重点研发项目（19211007D）第一作者简介：李子健（1996—），男，河北邢台人，硕士研究生，主要从事金属材料成型及控制方面的研究。
通信作者：贾丽敏，副教授。
E-mail：********************梁小凯，高级工程师。
E-mail：****************李子健，贾丽敏，韩鹏彪，等.热处理工艺对40CrNiMoA合金组织及力学性能的影响[J].河北科技大学学报，2023，44（6）：67-73.LI Zijian，JIA Limin，HAN Pengbiao，et al.Effect of heat treatment process on the microstructure and mechanical properties of 40CrNiMoA steel[J].Journal of Hebei University of Science and Technology，2023，44（6）：67-73.Effect of heat treatment process on the microstructure andmechanical properties of 40CrNiMoA steelLI Zijian1，JIA Limin1，2，HAN Pengbiao1，2，LIANG Xiaokai3，TIAN Yan1，LI Xinyue1，WANG Lei1（1.School of Materials Science and Engineering， Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang，Hebei 050018， China;2.Hebei Key Laboratory of Material Near-Net Forming Technology，Shijiazhuang， Hebei 050018， China;3.Institute of Structural Steels， Central Iron and Steel Research Institute， Beijing 100081，China）Abstract：In order to improve the wear resistance and service life of mining sprockets，40CrNiMoA sprockets cast by centrifugal electroslag casting were selected as the base material to study the effects of heat treatment processes on microstructure and mechanical properties of the alloy. The effects of different heat treatment processes on the mechanical properties of the steel， such as microhardness， friction and wear， and tensile strength were investigated with the orthogonal experiment method.The test results were analyzed by range analysis and comprehensive weighted scoring calculation to obtain the optimal heat treatment process parameters. Finally， experimental verification was conducted. The results show that the optimal heat treatment process obtained by the orthogonal test method is quenching at 880 ℃ for 0.5 hours and high-temperature tempering at 600 ℃for 2 hours. The microstructure of the sample after heat treatment is mainly tempered sorbite， with a Vickers hardness of 364 HV， a tensile strength of 1 166 MPa， and a wear rate of 0.427×10-4 mm3/（N·m）. The validation test results are similar to the orthogonal experimental analysis， and the sample performance after heat treatment can meet the usage requirements. Therefore， the research results can provide a theoretical basis for the heat treatment process of mining sprocket parts， and are of great significance for effectively solving the wear resistance and service life of sprockets.Keywords：ferrous metals and their alloys; 40CrNiMoA steel; heat treatment process; microstructure; mechanical properties; orthogonal experiment近年来，随着煤炭开采技术的进步及大型现代化矿井建设步伐的加快，刮板输送设备逐步向大功率方向发展，配套链轮的规格也越来越大，同时，对强度、韧性、耐磨性等性能的要求越来越高[1]。
金属材料的晶粒细化方法1晶粒尺寸对金属材料性能的影响金属的晶粒越细，其强度和硬度越高。
因为金属晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多，需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高。
金属的晶粒越细，其塑性和韧性越高。
因为晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生较大的塑性变形。
强度和塑性同时增加，金属在断裂前消耗的功也较大，因而其韧性也较好。
通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称为细晶强化。
钢铁材料的强度与晶粒尺寸关系可由Hall-Petch公式给我出：σs = σi + K y d-1/2σs—材料的屈服强度；σi和K y为与材料有关的常数；d为晶粒尺寸。
此公式通常认为适用于0.3-400μm尺寸的晶粒，也适用于马氏体板条束，因为板条束间为大角度晶界。
晶粒尺寸d与韧性的关系：βT c= ln B - ln C- ln d-1/2式中β、B、C为常数，T c为脆性转变温度；d为晶粒尺寸。
SPD及退火处理后的镁合金的晶粒尺寸对屈服强度的影响铁、普钢及硅钢的晶粒尺寸对屈服强度的影响铜的晶粒尺寸对屈服强度的影响（毫米级）铜的晶粒尺寸对屈服强度的影响（纳米级）W、Ti及Cr的晶粒尺寸对屈服强度的影响Ag、Ni的晶粒尺寸对屈服强度的影响Al的晶粒尺寸对屈服强度的影响左右滑动查看更多晶粒尺寸与金属材料硬度的关系纯铁晶粒尺寸与弹性极限之间的关系细小的晶粒有助于减少缩松、减小第二相的大小和改善铸造缺陷，还有助于改善镁合金的耐腐蚀性和加工性。
轻金属的晶粒尺寸对耐蚀性能的影响亚微米的晶粒组织还可以在高温下表现出低温超塑性和高应变速率超塑性。
晶粒尺寸对材料流动应力的影响2钢铁材料的晶粒细化工艺目前实现钢铁材料晶粒细化的方法主要有：冶金处理细化、热处理与加工工艺、磁场或电场处理细化、机械球磨法、非晶晶化法。
凝固组织细化技术由金属凝固理论可知，等轴晶的形成条件是：凝固界面前沿的液相中有晶核来源，在液相中存在晶核形成和生长所需的过冷度。
钢铁材料晶粒细化技术研究车辆工程技术221理论研究1 前言钢铁材料利用历史悠久，冶炼生产工艺发展比较成熟，钢铁是地球上含量丰富的金属资源，也是传统材料中最具代表性的。
钢铁材料相比于其他金属材料具有强韧性，便于生产加工，其生产成本较低。
我国工业的发展需要利用大量钢铁资源，并且钢铁制备及利用也是一个国家工业化水平的表现。
随着工业的不断发展进步，先进制造业的发展对机械制造用钢的性能提出了更高的要求，这意味着我们要不断创新提高钢铁材料的冶炼技术，提高钢铁材料的性能。
大量试验数据表明，提高钢材的强度可以减轻产品的自重，例如，在建筑用钢中，提高钢的强度可以节约钢材和建筑空间的利用率，桥梁用钢中，提高钢的强度可以减轻桥的重量并提高桥梁承载能力。
细化晶粒来提高钢铁材料强韧性是现今最有效，应用最广泛的方式。
2 晶粒细化技术2.1 晶粒尺寸对钢材强度影响原理研究表明，钢材的强度与基体的晶粒尺寸有较大关系，由Hall-Petch公式可知，晶粒越细，其屈服强度越大晶粒尺寸在一定范围内减小，可以增加材料塑性。
金属的塑性变形主要由位错运动引起的，因此强化金属的主要途径是阻碍位错运动。
晶界是两个晶粒的过渡部分，它的能量比晶内能量高，原子扩散速度快，而且晶界的缺陷比晶内缺陷要多，它还对位错运动有阻碍作用，是金属中的强化部位。
细化晶粒的是实质增加单位体积内晶粒的数目，也就是增加晶界面积，金属的晶粒越细，晶界面积越大，对位错的阻碍作用越强。
在晶粒中，还存在亚晶界，亚晶界同晶界一样可以阻碍位错运动，对金属有强化作用。
因此细化晶粒技术就是从怎么增加晶界面积和减小晶粒大小角度深入。
在国内外，对细晶研究不断深入，细晶技术不断发展创新，日本采用细晶技术多为低温大变形，通过控制温度，使工件在大过冷条件下轧制，这个方式在细晶过程中难以控制温度，对轧机要求高；韩国低温变形，采用应变诱导相变或动态诱导相变机制，在加工过程中，相变时的温度难以控制，热处理变形难以按照预想实施，有一定的误差。
40cr调质晶粒度1.引言1.1 概述调质晶粒度是指通过对40cr钢材进行调质处理，使其晶粒细化，从而改善材料的力学性能和耐磨性能的一种工艺方法。
晶粒细化可以增加材料的强度和韧性，提高其抗疲劳性能和抗变形能力，使其具有更好的机械性能和使用寿命。
在40cr钢材的调质过程中，常用的方法是通过加热至适宜温度，然后迅速冷却以形成马氏体组织和贝氏体组织。
这种工艺可以有效地改变晶粒的大小和形状，使其变得更加均匀和细小。
调质后的40cr钢材具有更高的强度和硬度，同时仍保持较好的韧性和可加工性。
调质晶粒度对40cr钢材的性能有着重要影响。
晶粒细化不仅可以提高材料的机械性能，还可以改善材料的耐磨性能和耐蚀性能。
细小的晶粒结构可以增加材料的表面硬度，减少摩擦和磨损，延长材料的使用寿命。
此外，晶粒细化还可以提高材料的塑性和韧性，使其具有较好的变形能力和抗冲击性能。
调质晶粒度的应用前景十分广泛。
在机械制造、汽车工业、航空航天等领域中，40cr钢材作为重要的结构材料，其晶粒细化工艺可以显著改善材料的性能，提高产品的质量和可靠性。
尤其在一些高强度、高耐磨性要求的场合，调质晶粒度的应用更加重要。
因此，进一步研究和优化40cr 钢材的调质晶粒度工艺，具有重要的实际意义和广阔的市场前景。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要分为三个部分进行阐述。
首先是引言部分，对调质晶粒度的概述进行介绍，并说明文章的目的和结构。
接下来是正文部分，包括调质工艺介绍和调质晶粒度的影响因素。
最后是结论部分，总结调质晶粒度的重要性和应用前景。
在调质工艺介绍的部分，将详细介绍40cr调质晶粒度的相关工艺流程和方法。
首先，对调质的定义和原理进行解释，然后介绍40cr钢的调质方法，包括加热、保温和淬火等步骤。
同时，还会探讨调质工艺参数对晶粒度的影响，如温度、时间和冷却速率等因素。
在调质晶粒度的影响因素部分，将详细论述影响40cr调质晶粒度的各种因素。
首先，分析调质温度对晶粒度的影响机理，如高温下晶粒生长速度的增加以及析出相的溶解等。
