40CrNi2Si2MoVA鋼鍛造加熱工藝參數優化

崔一平 魏志堅 夏欲民 盧 艷 浦斯洪

(貴州安大航空鍛造有限責任公司，貴州561005)

40CrNi2Si2MoVA是一種低合金超高強度鋼。該鋼淬透性好，抗回火能力強，不但具有超高的強度而且還有優良的橫向塑性、斷裂韌度、抗疲勞性能以及抗應力腐蝕性能，是目前世界上強度較高，綜合性能較好，在軍用、民用飛機上使用最成熟的起落架用鋼。該鋼對缺口和氫脆比較敏感，具有明顯的過熱敏感性，在鍛件生產中容易出現低倍粗晶，所以熱工藝參數的制定及控制極為關鍵。

1 實驗材料、方法及結果

1.1 實驗材料

實驗用40CrNi2Si2MoVA鋼是撫鋼生產的規格為?200 mm的棒材，采用真空感應加真空自耗冶煉。棒材原始晶粒度為7級，經超聲波探傷未見超標單顯，雜波?1.2-6dB?；瘜W成分見表1。

1.2 試驗方法及結果

表1 化學成分(質量分數，%)Table 1 The chemical composition(mass fraction, %)

1.2.1 變形試驗及結果

分別取?200 mm×100 mm、?200 mm×150 mm的棒材在1 160℃下采用天然氣爐加熱，保溫時間按0.3 min/mm控制。在30 kN自由鍛錘上沿軸向分別拔長至□120 mm×L、□150 mm×L，標記“1”、“2”。一火完成，終鍛溫度實測910℃，鍛后空冷。鍛件熱處理制度為：正火925±10℃ ，回火700±10℃。鍛件經超聲波探傷未見超標單顯，雜波?1.2-9dB。試樣經870℃油淬處理后，檢查晶粒度均為8級。低倍組織符合驗收標準，力學性能試樣經870℃油淬，300℃回火兩次后，測試結果見表2。

1.2.2 空燒試驗檢查晶粒度

從標記為“1”、“2”的鍛件上分別切取小試塊各5塊，保溫20 min空燒后空冷，并進行預備熱處理(正火925±10℃，回火700±10℃)，最后進行870℃油淬處理。按照直接腐蝕法檢查晶粒度結果見表3。

表2 力學性能Table 2 The mechanical property

表3 晶粒度結果Table 3 The results of grain size

2 實驗結果分析

根據變形試驗可知，在原材料組織狀態一致的情況下，采用不同變形量(1#鍛件變形量54%、2#鍛件變形量28%)的鍛造變形，熱處理后超聲波探傷雜波水平比原棒材下降3dB，晶粒度從7級提高到8級，鍛件性能指標均合格且基本在同一數量級。

鑒于40CrNi2Si2MoVA鋼鍛件最容易出現粗晶，因此相關資料介紹鋼坯每次變形量應不小于35%。但是在實際生產中，尤其是模鍛件的生產及自由鍛件的整形，不可避免的存在變形量小于30%的情況。為防止鍛件在小變形時的晶粒長大，適當降低鍛件加熱溫度是一種可行的方法。小試塊空燒試驗表明，在920℃、950℃、980℃空燒后，晶粒度由8級降為7級，但在1 120℃空燒后，晶粒度由8級降為6.5級，在1 160℃空燒后，晶粒度由8級降為6級。因此選1 000℃進行加熱，保證在鍛件小變形及整形時有約150℃的溫度范圍(終鍛溫度按不小于850℃計算)應該是可行的。

3 生產驗證情況

某機型兩項40CrNi2Si2MoVA鋼外筒自由鍛件尺寸較大，毛料重量分別達775 kg、310 kg，分別采用?350 mm、?300 mm棒材生產，投產鍛件及對應棒材晶粒度情況見表4。

表4 棒材晶粒度情況Table 4 The grain size of bar material

因原材料晶粒度基本均勻，且符合鍛件的晶粒度要求，因此經二火改鍛后直接在12.5 MN水壓機上按鍛件圖尺寸要求進行成形，變形量在50%左右。但是因為棱角出現塌角造成尺寸不符合圖紙要求。按照前期實驗結果將此兩項鍛件在1 000℃加熱，通過局部小變形整形后最終滿足鍛件尺寸要求。理化測試組織合格，晶粒度符合驗收標準，力學性能見表5。

表5 力學性能Table 5 The mechanical property

4 結論

為避免鍛件產生粗晶，正常鍛造加熱溫度下每次變形量一般應不小于35%。但因模鍛或整形需要采用局部小變形時，鍛造加熱溫度可按1000℃進行。

[1] 《中國航空材料手冊》編輯委員會.中國航空材料手冊，第1卷.中國標準出版社.

[2] 六一二研究所.300 M鋼在八三工程起落架上的應用技術研究.