42CrMo压缩缸调质性能的研究

刘勇，秦飞虎，杨金，李强，赵太源，李亚军

（中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司， 四川 成都 610100）

42CrMo是GB/T 3077-2015《合金结构钢》中一种典型的合金结构钢，因其具有高强度、高韧性、良好的淬透性以及无明显回火脆性等特点，被广泛应用于大中型机器设备[1-3]。42CrMo作为压缩缸常用的材料之一，对其调质工艺性能的研究，具有重要意义。

目前公司压缩机的压缩缸调质前的工序为锻造毛坯、正火、划线、铣外形、超声波探伤、钻孔、粗车缸孔、粗镗阀孔。因压缩缸本身体积重量较大，笔者设想采用同批料的42CrMo试棒与缸体同时进行调质工艺处理，若是力学性能相当，就可采用试棒代替缸体，以减少今后的工作量。本试验采用42CrMo缸体和试棒同时进行调质处理，对两者力学性能进行对比，用于验证笔者设想的可行性。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为锻后正火态的42CrMo，其化学成分如表1所示。

表1 42CrMo锻件化学成分 （质量分数 %）

1.2 试验方法

试验分为两组：第1#组是压缩缸缸体本体调质后本体取样，依据JB/T 6908-2006《容积式压缩机用钢锻件》，取自加长段横截面对角线顶点到中心的1/3处；第2#组是直径为25mm长度为300mm的试棒。调质设备为RTQF-13-ERM多用炉，冷却介质为油。将压缩缸缸体和试样放入多用炉中，加热至800～850℃，保温150～200min；淬火室的油温为50±20℃。淬火过程防止其它因素对缸体或试棒的性能产生影响，多用炉加热完毕自动到淬火室进行淬火，搅拌方向朝上，电机转速800r/min，冷却20min。淬火完成后，用料车将淬火后的工件和料框转入到多用回火炉的有效加热区，随炉加热到560～580℃，保温180～300min，空冷。

1.3 检验方法

依据GB/T 228-2010《金属材料拉伸试验》，室温拉伸试验在SHT4605型60t微机控制电液伺服万能试验机上进行；依据GB/T 231-2018《金属材料布氏硬度实验》，硬度实验在HRB-3000B型布氏硬度试验机上进行；依据GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》，冲击试验在ZBC2302-C摆锤式冲击试验机上进行；依据GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》，显微组织在OLYMPUS GX-71F金相显微镜上观察，浸蚀液为4%硝酸酒精溶液。

2 试验结果及讨论

2.1 力学性能

在压缩缸缸体本体截取的1#试样和2#试棒的力学性能如表2所示，其中冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm，试样开V形坡口，角度为45°，坡口深度为2±0.05mm。从表2中可以看出，本体和试棒在抗拉强度、屈服强度、室温冲击功指标均达到标准和特殊设计要求，但两者差异较大，试棒的性能远远优于本体截取的试样。两者断后伸长率、断面收缩率、硬度这三项指标差异较小。从而得知在相同成分且经过同样的调质条件下，尺寸小的试棒的力学性能优于在本体按标准位置截取的试棒的性能，说明用试棒的性能代替本体的性能是不可行的。

表2 力学性能

2.2 显相组织

压缩缸本体截取的1#试样和2#试棒显微组织如图1所示。从图1(a)、（b）中可以看出，在本体按标准位置截取的试样的组织为回火索式体、贝氏体、条块状铁素体，试棒的组织为回火索式体、少量条状铁素体。图1(a)整体晶粒尺寸明显大于图1(b)，图1(a)比图1(b)中多了贝氏体组织。压缩缸缸体截面尺寸远大于试棒截面尺寸，缸体的理论保温时间远大于试棒的理论保温时间，在完全奥氏体化后，随着保温时间的延长，试棒的奥氏体晶粒长大程度大于缸体的奥氏体晶粒长大程度。但在随后的淬火过程中，由于截面积小的试棒传热更快，温度梯度更大，有更大的过冷度，单位时间内形核更多[4,5]，试棒晶粒变小程度远远大于缸体奥氏体晶粒长大的程度，最终表现为试棒的室温组织晶粒尺寸小于缸体按标准截取位置试样的晶粒尺寸。由于试棒室温组织的晶粒更细，所以在抗拉强度、屈服强度、室温冲击功特别是室温冲击功上优于缸体本体按标准截取位置试样的性能。因压缩缸体积庞大，压缩缸本体取样位置到边缘距离大于42CrMo锻件钢的淬透厚度，所以压缩缸本体中出现了中温贝氏体组织。

图1 显微组织

3 结论

(1)经热处理工艺调质后的缸体，抗拉强度为877MPa，屈服强度为650MPa，断后伸长率为15%，断面收缩率为49%，室温冲击功KV2平均值57J，硬度分别为301HBS，满足标准和特殊设计要求。

(2)经热处理工艺调质后的试棒，抗拉强度为1050MPa，屈服强度为923MPa，断后伸长率为16%，断面收缩率为51%，室温冲击功KV2平均值为103J，硬度为297HBS，与调质的压缩缸缸体的标准取样位置的性能差异较大，用试棒代替压缩缸本体性能是不可行的。

(3)热处理工艺调质后，试棒的晶粒尺寸小于缸体本体按标准位置截取的试样的组织的晶粒尺寸。

◆参考文献

[1] GB/T 3077-2015，合金结构钢[S].

[2] 赵太源，周辉，李亚军，等. 42CrMo压缩缸氮化性能的研究[J].石油和化工设备，2019，22(12)：23-24+22.

[3] 张京，谭小明，石磊. 回火工艺对42CrMo钢调质后组织及性能的影响[J].机车车辆工艺，2018，(2)：32-33+37.

[4] 刘多智，李延峰. 大规格42CrMo锻材调质工艺的改进[J].热处理技术与装备，2008，29(3)：74-76.

[5] 赵洪运. 材料成形原理[M].北京：国防工业出版社，2009.