070M55钢正火工艺的优化

　　070M55相当于国内的55#钢，为高强度中碳钢，是机器中典型轴类零件常用材料之一。所制造轴一般在正火或淬火后使用，用作要求强度和耐磨性较高而弹性、动载荷及冲击负荷不大的零件。但在常规正火后有时会出现粗晶、混晶等组织缺陷，影响其综合力学性能。目前对45#钢研究比较多，少见关于070M55工艺方面的研究，因此有必要分析其产生缺陷的原因，并提出相应的改善措施。

　　1 组织缺陷分析

　　大型锻件由于锻造温度高、保温时间长，锻造比小以及心部锻件变形不均匀，极易出现混晶、粗晶等组织缺陷，需要锻后热处理来消除。锻后热处理包括预备热处理和最终热处理。对于碳素钢而言，一般只需进行预备热处理就可达到生产要求。070M55为亚共析钢，锻后热处理的理想组织为细小均匀的铁素体+珠光体。在实际生产中，往往由于微区成分偏析以及正火工艺不当而出现如图1所示组织缺陷。由于块状粗晶组织的存在，会导致强度下降、塑性和韧性变差，最终会使整个工件报废。

　　粗晶主要是由大的珠光体团组成，而产生块状珠光体的原因与高温时奥氏体晶粒大小和冷却速度有关。当奥氏体晶粒粗大时，冷却到共析温度时，珠光体在奥氏体晶界处的形核率降低，沿晶界形成的珠光体需要较长的时间才会相互接触，导致珠光体不断长大; 再加上粗大奥氏体在珠光体转变时会先析出少量铁素体，而先析出的铁素体周围碳浓度梯度较大，当正火温度较高或保温时间较长，容易造成碳原子扩散，促使渗碳体的长大，从而导致先析出的铁素体逐渐被长大的渗碳体覆盖，最后形成较大的珠光体团[1]。同时由于心部和表面在冷却时散热系数不同，以及局部C、Mn等微量元素存在偏析，增加了过冷奥氏体的稳定性，在冷却过程中难以得到均匀的片层状珠光体组织。

　　2 工艺改进

　　正火要达到目的，首先是使之完全奥氏体化，但又不能使温度太高引起奥氏体晶粒粗大，如果奥氏体化时晶粒已经粗大，在重结晶后也会得到相应粗大组织。对于070M55，由于没有合金元素的加入，不存在合金元素的溶入及其均匀化方面的问题，即070M55 正火时可以不需要太高的奥氏体化温度。

　　根据070M55化学成分范围要求(0.50%≤C≤0.60% ，0.10%≤Si≤0.40% ，0.50%≤Mn≤0.90%)，计算时具体成分取(C=0.55%，Si=0.3%，Mn=0.7%)，由Thermo-calc软件可以计算出相的质量分数与温度的关系，如图2所示。

　　从图2可以看到，Ac3点的温度在760℃左右时，由于070M55不是国标中的钢种，很少查到关于其相变点的文献，参考55#钢的文献[2]资料(Ac3=774℃，Ar3=755℃)看出，由Thermo-calc计算出的相变点与文献很接近，可以作为制定工艺的依据。