浅谈40Cr钢热处理工艺及其组织性能

性的影响 ，处理后硬度为 ＨＲＣ１８ ～ ＨＲＣ２２ 。 具体的 去应力退火工艺参数见表 ４ 。
表 ４ ４０Ｃｒ 钢去应力退火工艺参数
热处理项目 加热温度 （ ℃ ） 保温时间 （ｈ ） 冷却方式 硬度 （Ｈ ＲＣ ）
去应力退火 ４５０ ～ ５００
１ ～ １ ．５
空冷
１８ ～ ２２
４ 结论
４０Ｃｒ 钢电机轴经过正火 、调质 、去应力退火等热 处理工艺处理后 ，优化了工件的内部组织 ，使其拥有了 更为优良的综合机械性能和较好的切削加工性能 ，从 而扩展了 ４０Ｃｒ 钢的用途 ，降低了生产成本 ，提高了经 济效益 。
现以某厂的 ４０Ｃｒ 钢电机轴为例 ，其加工工艺流程 如下 ：锻坯 → 正火 → 粗机械加工 → 调质处理 → 去应力 退火 → 精机械加工 → 成品 。
此电机轴的热处理工艺技术要求如下 ：通过正火 、 调 质 、去 应 力 退 火 等 工 艺 后 ，硬 度 为 ＨＲＣ１８ ～ ＨＲＣ２２ ，下面对它的热处理工艺进行简要说明 。
（Ｓｈａｎｘｉ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔ ｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ， Ｔ ａｉｙ ｕａｎ ０３０００９ ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ ：Ｔ ｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ４０Ｃｒ ｓｔｅｅｌ ．Ｂｙ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ，ｓｕｃｈ ａｓ ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ ， ｑｕｅｎｃｉｎｇ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ ，ｓｔｒｅｓｓ ｒｅｌｉｅｆ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ４０Ｃｒ ｓｔｅｅｌ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ：ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ；４０Ｃｒ ｓｔｅｅｌ ；ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
参考文献 ：
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参考文献 ： ［１］ 张圭丰 ．金属工艺学［Ｍ ］ ．北京 ：机械工业出版社 ，１９８８ ． ［２］ 樊东黎 ．热处理工程师手册 ［Ｍ ］ ．北京 ：机械工业出版社 ，
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摘要 ： 通过对 ４０Ｃｒ 钢进行正火 、 调质 、 去应力退火等热处理工艺后 ， 可使 ４０Ｃｒ 钢的综合力学性能和切削加 工性能都得到显著提高 。 关键词 ： 热处理 ； ４０Ｃｒ 钢 ； 综合力学性能 中图分类号 ： Ｔ Ｇ１６１ 文献标识码 ： Ｂ
１ 概述
４０Ｃｒ 钢是我国的标准钢号 ，因其在调质处理后具
有较高的综合力学性能 、低的缺口敏感性和较高的低
温冲击 韧 性 ，因 此 在 机 械 制 造 业 得 到 广 泛 的 应 用 。
４０Ｃｒ 钢的淬透性良好 ，水淬时可淬透到 Ф２８ ｍｍ ～
Ф６０ ｍｍ ，油淬时可淬透到 Ф１５ ｍｍ ～ Ф４０ ｍｍ ；其除
调质处理外还适于氰化和高频淬火处理 ；切削性能较
（上接第 １９９ 页）
图 ９ 支架后处理应力云图
３ ．８ 工程图纸的输出及生产制造 Ｕ Ｇ ＮＸ 除了具有以上的功能外 ，在实际应用中
它的工程制图功能也是非常强大的 。 利用工程制图模 块 ，可以对零部件的三维数据模型进行工程图纸的输 出 ，为设计者节约了大量的时间 。 支架在生产制造过 程中 ，通过二维的工程图就能准确地表达出生产要求 ， 这不仅方便了生产中工人的操作 ，而且在生产过程中 间接地降低了制造成本 。
第 ２ 期（总第 １７７ 期） ２０１３ 年 ４ 月
机械工程与自动化 Ｍ ＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ Ａ Ｕ ＴＯＭ Ａ Ｔ ＩＯＮ
文章编号 ：１６７２‐６４１３ （２０１３）０２‐０２００‐０２
Ｎｏ ．２ Ａｐｒ ．
浅谈 ４０Ｃｒ 钢热处理工艺及其组织性能
赵 琳
（山西省机电设计研究院 ， 山西 太原 ０３０００９ ）
回火处理时 ，应注意高温回火后的冷却方式 ，针对 ４０Ｃｒ 钢回火后慢冷易产生第二类回火脆性的特点 ，钢 件回火后的冷却方式应选择油冷 ，而不是空冷 。 钢件 经油冷后 ，所产生的热应力小 、韧性好 。
经过调质处理 ，工件可获得综合力学性能良好的 回火索氏体组织 ，保证了钢件的强韧性 。 具体的 ４０Ｃｒ 钢调质工艺参数见表 ３ 。
４０Ｃｒ 钢属于中碳钢 ，经过一定的热处理后可以获 得较好的韧性 、耐磨性和塑性 ，并且价位适中 。 ４０Ｃｒ 调质钢毛坯通过正火可以促进组织性能球化 ，硬度小 于 １６０ ＨＢＳ ，具 有 较 好 的 切 削 性 能 。 回 火 温 度 在 ５５０ ℃ ～ ５７０ ℃ 时 ，可 获 得 最 佳 的 综 合 力 学 性 能 。 ４０Ｃｒ 调质钢的淬透性高于 ４５ 钢 ，适合高频淬火 、火焰 淬火等表面硬化处理 。 调质后经常用于制造承受中等 负荷及中等速度的机械零件 ，如机床上的齿轮 、齿条等 。 ３ ４０Ｃｒ 钢热处理工艺的制定
表 ３ ４０Ｃｒ 钢调质工艺参数
热处理项目 加热温度 （ ℃ ） 保温时间 （ｈ） 冷却方式 硬度 （Ｈ ＲＣ ）
淬火
８３０ ～ ８５０
０ ．４５ ～ １
油冷
５２ ～ ５５
回火
６６０ ～ ７００
１ ～ １ ．５
水冷
２０ 左右
（３） 调质处理后 ，增加一道去应力退火 （补充回
收稿日期 ： ２０１２‐１０‐２９ ； 修回日期 ： ２０１２‐１２‐２０ 作者简介 ： 赵琳 （１９７６‐） ， 女 ， 山西和顺人 ， 工程师 ， 本科 ， 主要从事热处理工作 。
２０１３ 年第 ２ 期 机 械 工 程 与 自 动 化
· ２０１ ·
火）工序 ，该工序是为了消除调质处理过程中毛坯和零 件中产生的残余热应力 ，稳定工件尺寸及形状 ，进一步 减少钢件切削加工和使用过程中的变形和裂纹倾向 。 测试结果表明 ，经过此处理后的工件基本都能满足高 精密工件的基础技术要求 。 ４０Ｃｒ 工件调质后硬度仍 然偏高 ，工件通过 ４５０ ℃ ～ ５００ ℃ 的中温回火可提高 弹性极限和屈服强度 ，形状复杂的工件在油中冷却 ，简 单形状的工件在水中冷却 ，目的是避免第二类回火脆
好 ，当硬度为 ＨＢ１７４ ～ ＨＢ２２９ 时 ，相对切削加工性为
６０％ ；适于制作机加工件 ，如一些轴类零件 。
２ ４０Ｃｒ 钢的化学成分和机械性能
４０Ｃｒ 钢的化学成分见表 １ 。
表 １ ４０Ｃｒ 钢的主要化学成分（质量分数 ）
％
Ｃ
Ｓｉ
Ｍｎ
Ｃｒ
Ｎｉ
０ ．３７ ～ ０ ．４４ ０ ．１７ ～ ０ ．３７ ０ ．５０ ～ ０ ．８０ ０ ．８０ ～ １ ．１０ ≤ ０ ．３０
淬火是为了得到马氏体组织 ，以便通过回火使工 件获得良好的使用性能 。 中碳钢得到全马氏体有一个 临界淬火速度 ，但由于 ４０Ｃｒ 中加入 Ｃｒ ，使得其 Ｃ 曲线 右移 ，临界淬火速度减小 ，油淬才 可能达到其要求 。 ４０Ｃｒ 钢的淬透性比较好 ，虽然是在油中冷却 ，但硬度 较高 ，而且工件的变形 、开裂倾向小 。 为降低成本 ，对 形状不复杂的工件也可以在水中淬火 ，只要操作者严 格掌握出入水的温度 ，就不易使工件发生开裂现象 。
［４］ 沈春根 ，王贵成 ，王树林 ．ＵＧ ＮＸ７ ．０ 有限元分析入门与 实践精讲［Ｍ ］ ．北京 ：机械工业出版社 ，２０１０ ．
［５］ 朱崇高 ，谢福俊 ．ＵＧ ＮＸ ＣＡＥ 基础与实例应用 ［Ｍ ］ ．北 京 ：清华大学出版社 ，２０１０ ．
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＵＧ ＮＸ ｉｎ Ｓｏｌａｒ Ｂｒａｃｋｅｔ Ｄｅｓｉｇｎ
表 ２ ４０Ｃｒ 钢正火工艺参数
热处理项目 加热温度 （ ℃ ） 保温时间 （ｍｉｎ ） 冷却方式
正火
８５０ ± ５
３０
出炉空冷
（２） 调质处理是对工件进行淬火 ＋ 回火 ，将工件 加热到临界温度以上进行淬火 ，然后通过不同的介质 迅速冷却 ，再根据不同工件的具体要求将工件加热到 临界温度以下某个温度进行回火 ，以达到不同的硬度 要求 。
ＳＨＥＮ Ｗｅｎ‐ｍｉｎｇ ，ＹＡＮ Ｆａｎｇ ，ＫＯＮＧ Ｗｅｉ‐ｚｈｏｎｇ ，ＦＥＮＧ Ｈｏｎｇ‐ｘｕ
（Ｌｉｎｕｏ Ｒｉｔｔｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏ ．，Ｌ ｔｄ ．，Ｊｉｎａｎ ２５０１０３ ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ ｓｏｌａｒ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒｓ ，ｔｈｅ ３Ｄ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｂｒａｃｋｅｔ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂｙ ＵＧ ＮＸ ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｄｒｉｖｅ ａｎｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｗａｔｅｒ ｈｅａｔｅｒ ｓｔａｎｄｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｅｎｓｉｖｅｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ．Ｉｔ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ，ａｌｓｏ ｓｈｏｒｔｅｎｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｅｒｉｏｄ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ：ｓｏｌａｒ ｂｒａｃｋｅｔ ；ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｄｒｉｖｅ ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ
（１） 正火是将金属零件加热到上临界点 （ＡＣ３ 或 Ａｃｍ ）以上 ４０ ℃ ～ ６０ ℃ 或更高的温度 ，保温达到完全 奥氏体化后 ，在空气中冷却的热处理工艺 。 ４０Ｃｒ 钢属
于中碳调质钢 ，正火工艺作为其预先热处理工艺 ，目的 是均匀组织 、细化晶粒 、改善切削加工工艺性能 ，为最 终热处理工艺 ——— 调质做好组织准备 。 ４０Ｃｒ 钢电机 轴的正火工艺参数见表 ２ 。

４ 总结 ＵＧ ＮＸ 的应用为产品的生产制造带来了诸多的
便利 ，使大部分厂家摆脱了传统的人工设计和绘图的 工作方式 。 它能极大限度地体现出设计者的设计意 图 ，能够有效地降低设计误差 ，特别是针对那些结构复 杂的设计 。 本文叙述了 ＵＧ ＮＸ 在太阳能热水器支架 设计中的建模 、分析 、优化以及生产中的应用 ，以便制 造出具有更佳可靠性和安全性的支架 。
浅谈40C r 钢热处理工艺及其组织性能
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
赵琳 山西省机电设计研究院 ,山西 太原 030009
机械工程与自动化 Mechanical Engineering & Automation 2013(2)
本文链接：/Periodical_sxjx201302084.aspx
北工业大学出版社 ，２０１０ ． ［５］ 王忠诚 ，齐宝森 ，李扬 ．典型零件热处理技术 ［Ｍ ］ ．北京 ：
化学工业出版社 ，２０１０ ．
４０Ｃｒ Ｓｔｅｅｌ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ＺＨＡＯ Ｌｉｎ