权利要求
1.一种40CrNi2MoE棒料热处理工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：
步骤一、淬火处理：选取符合技术标准YJ0420、交货状态为热轧退火磨光的40CrNi2MoE棒料，将其放入加热设备中，加热至850℃，保温2h后，采用油冷方式冷却;
步骤二、回火处理：在淬火处理完成后4h内启动回火处理，根据目标硬度要求选择对应的回火参数，具体匹配关系为：
目标硬度HRC≤30：回火温度640℃～680℃，回火时间2h～4h，冷却方式为空冷;
目标硬度HRC=30～35：回火温度560℃～620℃，回火时间2h～4h，冷却方式为空冷;
目标硬度HRC=35～40：回火温度480℃～540℃，回火时间2h～4h，冷却方式为空冷;
目标硬度HRC=40～45：回火温度420℃～460℃，回火时间2h～4h，冷却方式为空冷。
2.根据权利要求1所述的一种40CrNi2MoE棒料热处理工艺，其特征在于：所述40CrNi2MoE棒料的直径为φ35mm，试料长度为70mm，其化学成分满足：C：0.38～0.43%，Cr：0.70～0.90%，Ni：1.65～2.00%，Mo：0.20～0.30%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.65～0.90%，O≤0.0015%，N≤0.0025%，S≤0.010%，P≤0.010%，Cu≤0.35%。
3.根据权利要求1所述的一种40CrNi2MoE棒料热处理工艺，其特征在于：所述加热设备为高温箱式炉、中温箱式炉或井式炉;其中，高温箱式炉的有效加热区为1200×600×400，最高温度1250℃，工作温度范围750～1200℃;中温箱式炉的有效加热区为1200×600×400，最高温度1000℃，工作温度范围600～950℃;井式炉的有效加热区为φ500×650或φ800×1000，对应最高温度分别为850℃和700℃，工作温度范围分别为400～800℃和100～650℃。
4.根据权利要求1所述的一种40CrNi2MoE棒料热处理工艺，其特征在于：所述回火处理过程中，当回火温度低于580℃时，同一回火温度下，回火时间延长会使棒料硬度呈下降趋势;当回火温度高于580℃时，回火时间对棒料硬度的影响幅度不超过1HRC，保温4h与保温2h的棒料硬度差值≤0.5HRC。
5.根据权利要求1所述的一种40CrNi2MoE棒料热处理工艺，其特征在于：所述淬火处理采用的油冷方式需保证冷却速率均匀，使棒料淬火后获得以板条状马氏体为主的组织，马氏体含量≥95%。
6.根据权利要求1所述的一种40CrNi2MoE棒料热处理工艺，其特征在于：所述回火处理后的棒料，经外圆磨深≤1mm、离端面5mm以上且各检测点间距≥2mm的硬度检测方式检测，3个检测点的硬度标准偏差≤1.0HRC。
7.根据权利要求1所述的一种40CrNi2MoE棒料热处理工艺，其特征在于：所述回火温度为550℃左右时，处理后的40CrNi2MoE棒料综合力学性能最优，其抗拉强度≥1150MPa，屈服强度≥1050MPa，延伸率≥16%，断面收缩率≥60%，冲击韧性≥70J。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及金属材料热处理技术领域，具体为一种40CrNi2MoE棒料热处理工艺。
背景技术
[0002]0CrNi2MoE钢是一种中碳低合金高强度结构钢，相当于美国优质AISI4340低合金超高强度钢，其合金元素含量高，淬透性好，油淬临界尺寸可达80mm，且通过调整回火温度和时间能够获得不同的综合力学性能，在航空航天等高端制造领域具有广泛的应用前景;
然而，该钢种含碳量高，淬硬倾向大，加工时通常需要经过退火降低硬度。目前，40CrNi2MoE钢在国内航空发动机上应用较少，缺乏对应的标准及成熟的热处理工艺参数。在实际生产过程中，常出现零件淬火回火后硬度普遍偏高的问题，多个图号的零件首次热处理后需进行返修，严重影响了零件的生产效率;
为此，需要设计新的技术方案给予解决。
发明内容
[0003]本发明的目的在于提供一种40CrNi2MoE棒料热处理工艺，解决了背景技术中所提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种40CrNi2MoE棒料热处理工艺，包括如下工艺步骤：
步骤一、淬火处理：选取符合技术标准YJ0420、交货状态为热轧退火磨光的40CrNi2MoE棒料，将其放入加热设备中，加热至850℃，保温2h后，采用油冷方式冷却;
步骤二、回火处理：在淬火处理完成后4h内启动回火处理，根据目标硬度要求选择对应的回火参数，具体匹配关系为：
目标硬度HRC≤30：回火温度640℃～680℃，回火时间2h～4h，冷却方式为空冷;
目标硬度HRC=30～35：回火温度560℃～620℃，回火时间2h～4h，冷却方式为空冷;
目标硬度HRC=35～40：回火温度480℃～540℃，回火时间2h～4h，冷却方式为空冷;
目标硬度HRC=40～45：回火温度420℃～460℃，回火时间2h～4h，冷却方式为空冷。
[0005]作为本发明的一种优选实施方式，所述40CrNi2MoE棒料的直径为φ35mm，试料长度为70mm，其化学成分满足：C：0.38～0.43%，Cr：0.70～0.90%，Ni：1.65～2.00%，Mo：0.20～0.30%，Si：0.15～0.35%，Mn：0.65～0.90%，O≤0.0015%，N≤0.0025%，S≤0.010%，P≤0.010%，Cu≤0.35%。
[0006]作为本发明的一种优选实施方式，所述加热设备为高温箱式炉、中温箱式炉或井式炉;其中，高温箱式炉的有效加热区为1200×600×400，最高温度1250℃，工作温度范围750～1200℃;中温箱式炉的有效加热区为1200×600×400，最高温度1000℃，工作温度范围600～950℃;井式炉的有效加热区为φ500×650或φ800×1000，对应最高温度分别为850℃和700℃，工作温度范围分别为400～800℃和100～650℃。
[0007]作为本发明的一种优选实施方式，所述回火处理过程中，当回火温度低于580℃时，同一回火温度下，回火时间延长会使棒料硬度呈下降趋势;当回火温度高于580℃时，回火时间对棒料硬度的影响幅度不超过1HRC，保温4h与保温2h的棒料硬度差值≤0.5HRC。
[0008]作为本发明的一种优选实施方式，所述淬火处理采用的油冷方式需保证冷却速率均匀，使棒料淬火后获得以板条状马氏体为主的组织，马氏体含量≥95%。
[0009]作为本发明的一种优选实施方式，所述回火处理后的棒料，经外圆磨深≤1mm、离端面5mm以上且各检测点间距≥2mm的硬度检测方式检测，3个检测点的硬度标准偏差≤1.0HRC。
[0010]作为本发明的一种优选实施方式，所述回火温度为550℃左右时，处理后的40CrNi2MoE棒料综合力学性能最优，其抗拉强度≥1150MPa，屈服强度≥1050MPa，延伸率≥16%，断面收缩率≥60%，冲击韧性≥70J。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的40CrNi2MoE棒料的最佳淬火温度为850℃，该温度下奥氏体化程度高，组织均匀，淬火后可获得完全的马氏体组织，保证了后续回火处理的基础硬度;同时，采用油冷冷却方式，兼顾了冷却速度和避免开裂风险;
建立了不同目标硬度与回火工艺参数的精准匹配关系，能够根据实际生产需求选择对应的回火温度和时间，有效解决了现有工艺中硬度控制不准确、零件需返修的问题，提升了产品合格率;
回火冷却方式采用空冷即可满足要求，且回火时间在2h～4h范围内可灵活调整，降低了生产过程中的操作难度和成本;同时，限定淬火后4h内进行回火处理，避免了残余奥氏体的不稳定变化，保证了热处理质量的稳定性;
处理后的40CrNi2MoE棒料，在满足目标硬度要求的同时，具有良好的综合力学性能：当回火温度为550℃左右时，抗拉强度较高，且塑性和韧性良好;随着回火温度升高，强度和硬度持续下降，塑性和韧性逐步提高，能够满足不同工况下零件的使用要求。
附图说明
[0012]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
[0013]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0014]实施例一
目标硬度HRC=40～45
棒料准备
1.选取符合技术标准YJ0420、交货状态为热轧退火磨光的40CrNi2MoE棒料，规格为直径φ35mm、长度70mm。其化学成分满足：C：0.40%，Cr：0.80%，Ni：1.80%，Mo：0.25%，Si：0.25%，Mn：0.75%，O：0.0012%，N：0.0020%，S：0.008%，P：0.007%，Cu：0.30%，各项成分均在限定范围内。
[0015]2.淬火处理
采用高温箱式炉作为加热设备(有效加热区1200×600×400，最高温度1250℃)，将准备好的棒料放入炉内，加热至850℃，保温2h，确保棒料充分奥氏体化。保温结束后，立即将棒料取出并采用油冷方式冷却，控制冷却速率均匀，使棒料淬火后获得马氏体含量为96%的组织，为后续回火奠定基础。
[0016]3.回火处理
在淬火完成后3h内启动回火处理，根据目标硬度HRC=40～45，选择回火温度440℃，回火时间3h，冷却方式为空冷。
[0017]4.性能检测
按照外圆磨深0.8mm、离端面6mm、各检测点间距3mm的要求，对回火后的棒料进行3个检测点的硬度检测，检测结果分别为HRC42.3、HRC43.1、HRC42.7，标准偏差为0.36HRC，满足≤1.0HRC的要求。同时检测综合力学性能，抗拉强度1280MPa，屈服强度1160MPa，延伸率16.5%，断面收缩率62%，冲击韧性72J，符合高端机械零件对强度和韧性的基础要求。
[0018]实施例二
目标硬度HRC=35～40
1.棒料准备
选用与实施例一规格相同(φ35mm×70mm)、符合YJ0420标准的40CrNi2MoE热轧退火磨光棒料，其化学成分：C：0.41%，Cr：0.75%，Ni：1.70%，Mo：0.23%，Si：0.20%，Mn：0.80%，O：0.0013%，N：0.0022%，S：0.009%，P：0.008%，Cu：0.28%，符合成分要求。
[0019]2.淬火处理
采用中温箱式炉(有效加热区1200×600×400，最高温度1000℃)进行加热，将棒料放入炉内加热至850℃，保温2h后，通过油冷方式均匀冷却，淬火后棒料马氏体含量达95.5%。
[0020]3.回火处理
淬火完成后2.5h内启动回火，针对目标硬度HRC=35～40，设定回火温度510℃，回火时间3.5h，冷却方式为空冷。
[0021]4.性能检测
按规定检测方法进行硬度检测，3个检测点硬度分别为HRC37.2、HRC38.5、HRC37.8，标准偏差为0.52HRC，满足精度要求。综合力学性能检测结果：抗拉强度1200MPa，屈服强度1100MPa，延伸率18%，断面收缩率65%，冲击韧性78J，塑性和韧性较实施例一有所提升，适用于对综合性能要求均衡的零件。
[0022]实施例三
目标硬度HRC≤30
1.棒料准备
选取φ35mm×70mm的40CrNi2MoE热轧退火磨光棒料，符合YJ0420标准，其化学成分：C：0.39%，Cr：0.85%，Ni：1.90%，Mo：0.28%，Si：0.30%，Mn：0.70%，O：0.0011%，N：0.0018%，S：0.007%，P：0.006%，Cu：0.32%，符合限定标准。
[0023]2.淬火处理
采用有效加热区为φ500×650的井式炉(最高温度850℃，工作温度范围400～800℃)，将棒料放入炉内加热至850℃，保温2h后油冷淬火，淬火后马氏体含量为95.2%。
[0024]3.回火处理
淬火完成后3.5h内启动回火，针对目标硬度HRC≤30，设定回火温度660℃，回火时间4h，冷却方式为空冷。
[0025]4.性能检测
硬度检测结果显示，3个检测点硬度分别为HRC28.5、HRC29.2、HRC28.8，标准偏差为0.31HRC，满足要求。综合力学性能：抗拉强度1050MPa，屈服强度980MPa，延伸率22%，断面收缩率70%，冲击韧性95J，塑性和韧性显著提升，适用于对强度要求适中、韧性要求较高的零件场景。
[0026]综上所述，本发明的40CrNi2MoE棒料的最佳淬火温度为850℃，该温度下奥氏体化程度高，组织均匀，淬火后可获得完全的马氏体组织，保证了后续回火处理的基础硬度;同时，采用油冷冷却方式，兼顾了冷却速度和避免开裂风险;建立了不同目标硬度与回火工艺参数的精准匹配关系，能够根据实际生产需求选择对应的回火温度和时间，有效解决了现有工艺中硬度控制不准确、零件需返修的问题，提升了产品合格率;回火冷却方式采用空冷即可满足要求，且回火时间在2h～4h范围内可灵活调整，降低了生产过程中的操作难度和成本;同时，限定淬火后4h内进行回火处理，避免了残余奥氏体的不稳定变化，保证了热处理质量的稳定性;处理后的40CrNi2MoE棒料，在满足目标硬度要求的同时，具有良好的综合力学性能：当回火温度为550℃左右时，抗拉强度较高，且塑性和韧性良好;随着回火温度升高，强度和硬度持续下降，塑性和韧性逐步提高，能够满足不同工况下零件的使用要求。
[0027]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0028]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
说明书附图(1)
声明：
“40CrNi2MoE棒料热处理工艺” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：湖南星途航空航天器制造有限公司
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