摘要：42 CrMo驱动轮轴调质采用常规油淬的热处理方式时冲击功数值波动较大，且数值较低。通过工艺改进，制订了正火+调质新工艺，调质采用三硝淬油冷的方式进行热处理，在保证相应材料强度的基础上，产品的韧性和塑性得到了极大的提高，各项力学性能指标也相对均匀，特别是冲击功较油淬的冲击功增加了一倍多，有效提高了驱动轮轴的机械性能。

　　关键词：42 CrMo钢；油淬；三硝淬油冷；力学性能

　　1.引言

　　农用拖拉机驱动轮轴一般位于最终传动总成之中，是驱动后轮转动及传递力矩的关键零件，综合机械性能要求较高。因其属于低速大扭矩阶梯轴，承受较大的扭转应力和一定的弯曲应力，同时还承受一定的冲击载荷，所以一般采用中碳合金钢调质后再进行表面感应淬火来提高轴的耐磨性[1]。太重煤机有限公司热处理分公司作为专业的热处理厂，承接了一批42CrMo驱动轮轴的热处理调质工序。为使驱动轮轴达到更加优越的力学性能，对传统的调质工艺进行了改进，并进行了相关的试验和分析。

　　2.驱动轮轴材料及技术要求

　　2.1驱动轮轴材料

　　常见的农用拖拉机驱动轴材料主要有42CrMo、S38MnSiV、30CrMnMoB等，由于42CrMo不但适用性较广，成本较低，而且具有良好的淬透性和较好的综合力学性能，因此在一般的农用拖拉机驱动轴上应用较广。42CrMo作为一种常见的中淬透性合金钢，其主要化学成分C、Si、Mn、Cr、Mo的范围较广[2]。为了更好的研究该批驱动轮轴在不同工艺下力学性能的变化规律，特将这批驱动轮轴的材料成分进行取样化验，具体结果如表1所示。

　　2.2驱动轮轴的技术要求

　　该批驱动轮轴是直径为130mm的42CrMo锻件，调质硬度为HB262-302。因其用在农用拖拉机上，主要承受扭转与弯曲应力，如果出现断裂等情况，严重时会造成人员伤亡等情况，因此对基体的综合力学性能要求高，特别是塑韧性要求较高，反应在力学性能指标上，对应的冲击功较高。

　　3.常规热处理工艺

　　调质处理是一种重要的热处理工艺，主要用于改善金属材料的综合机械性能，主要用在中碳钢和中碳合金钢，是常见的预备热处理。工艺主要包括淬火+高温回火，调质处理后得到的金相组织是回火索氏体[3]。

　　按照国标GB/T3077-2015推荐要求，42CrMo钢调质的淬火温度为850℃,淬火介质为油淬，根据工艺要求，因其硬度要求为HB262-302，因此回火温度确定为560℃,淬火、回火保温时间随装炉量不同可进行调整，常规工艺路线见图1。

　　常规工艺热处理后的力学性能指标如表2所示。

　　从试验结果来看，热处理后的数据显得不均匀，特别是冲击功偏低且波动较大，这主要是材料的塑性、韧性不足，没有发挥出该材料的潜力，因此需做进一步工艺改进。

　　4.改进后热处理工艺

　　结合驱动轮轴的使用要求，改进后的热处理工艺其主要目的是保证材料的硬度不变，尽量提高其塑韧性，主要表现在冲击功值要高，同时，要解决冲击功值指标不均匀的现象，为此分两个部分来进行工艺优化。

　　4.1调质前的预先热处理

　　经过常规调质处理后，发现驱动轮轴的力学性能指标冲击功波动较大，将试样进行金相检验，发现金相组织中铁素体的含量比较多，而且晶粒较为粗大，组织不均匀，为改变这种现状，经过讨论，选定在调质前增加一道正火工序[4]。

　　正火是将材料加热到AC3和ACM以上30℃—50℃,亚共析钢取AC3，过共析钢取ACM，保温一段时间后出炉，在通风较好的环境下冷却到室温，然后就会得到珠光体类组织的一种热处理方法，其主要目的是细化晶粒，改善组织的不均匀性。将正火后试样进行金相分析，可以看到组织改善较为明显，得到了较为均匀的珠光体和铁素体的混合物，所采用的正火工艺路线见图2。

　　4.2调质工艺优化

　　通过传统的单液淬火热处理工艺，虽然42CrMo钢硬度能达到技术要求，但是冲击值偏低，为了能够提高零件的塑性和韧性指标，同时保证相应的强度，一般的途径是在淬火时采用更加激烈的冷却方式来实现。因42CrMo属于中淬透性合金钢，采用激烈的单液淬火方式比如介质水，将大大增加工件的淬火开裂，并且变形也会很大，增加了后期校正的工作量。因此，需采用其他方式来提高材料的塑韧性，通过查阅文献可知，采用双液淬火，可大幅提高材料的冲击功数值[5]。

　　双液淬火是将零件先淬入一种冷却能力较强的介质中，躲过奥氏体最不稳定的温度区间，避免珠光体转变，再迅速淬入另一种冷却较弱的介质中，使过冷奥氏体发生马氏体转变。该工艺利用了两种冷却介质的优点，可获得较为理想的冷却条件，是对单液淬火的有效改进。

　　双液淬火一般采用的是用水作为第一种冷却介质，油作为第二种冷却介质。虽然水的冷却速度较快，但是容易产生蒸汽膜，如果没有及时打破这种膜，极易造成零件软点的产生。因此，结合公司实际热处理情况，采用三硝水溶液+油的这种新式的双液淬火方式。

　　三硝水溶液是将硝酸钠、硝酸钾、亚硝酸钠三种硝酸盐溶入水中，形成过饱和水溶液的淬火介质。采用的三硝水溶液的配比为硝酸钠为25%、亚硝酸钠为20%、硝酸钾为20%、水为35%。根据资料分析，三硝水溶液的特点是在高温区的冷速比水快，比油更快，在低温区的冷速介于水和油之间，因此，一般情况下，为防止产生淬裂现象，要严格控制溶液的浓度。理论上，对于合金钢，浓度应为1.450-1.500g/cm3之间，因42CrMo淬透性较好，为降低风险，将三硝水溶液浓度控制在1.500g/cm3，控制温度在50℃左右[6]。

　　根据零件的形状及技术要求，参照相应的CCT曲线，同时结合公司的实际生产经验，使工件从淬火温度冷却到400℃的时间约为6min，随后将工件转移到油中冷却到室温，这样即可以保证工件组织转变更加完全，同时也可以大大减少工件的淬裂风险及变形程度，工艺路线见图3。

　　按该工艺热处理后的材料力学性能指标见表3。

　　从试验结果来看，在调质前加一道正火，然后经过双液淬火加高温回火处理工艺后，在保证相应强度的前提下，产品的韧性和塑性得到了极大的提高，各项力学性能指标也相对均匀。由表3数据可见，冲击功较油淬的冲击功增加了一倍多，断面收缩率也有了一定的提高。因此通过热处理工艺的改进，大幅提高了42CrMo驱动轴的韧性和塑性指标，获得了良好的综合力学性能。

　　5.结论

　　通过研究42CrMo农用拖拉机驱动轴热处理工艺的改进，得出以下结论：

　　5.1采用调质前增加一道正火工艺，即改善了材料组织又细化了晶粒，而且使调质后的材料力学性能指标更加均匀；

　　5.2采用三硝淬油冷的双液淬火工艺，在保证材料强度的基础上能大幅提高42CrMo驱动轮轴的冲击韧性和塑性，并且能有效防止零件的开裂。

　　5.3结合公司的实际情况，该驱动轮轴的最佳热处理工艺为900℃±10℃正火，随后进行850℃±10℃淬火，三硝淬油冷后，620℃±5℃进行回火。

参考文献：

　　[1]张沈洁.大马力拖拉机驱动轮轴热处理工艺研究[D].河南:河南科技大学,2015.

　　[2]张斌,薛振峰,郑毅,等.42CrMo钢车轴热处理工艺[J].机械工程与自动化,2021(5):147-149.

　　[3]《热处理手册》编委会.热处理手册.第四分册[M].机械工业出版社,1984.

　　[4]李康丽,李永志,孙国栋.正火预热处理对42CrMo曲轴钢调质后的组织与性能影响[J].特殊钢,2020,41(4):26-29.

　　[5]李进,陈增武,刘定坤.42CrMo钢高强度叶片轴的热处理[J].大型铸锻件,2000(4):25-27.

　　[6]段晶晶,闫鹏飞,贾玉章.三硝淬火液在泵头体热处理中的应用[J].中国科技博览,2014(35):24.