一、材料特性与工艺目标

材料特性：42CrMo为中碳合金钢（C:0.38~0.45%，Cr:0.90~1.20%，Mo:0.15~0.25%），具有高淬透性、良好强韧性匹配及抗回火软化能力。

锻件性能目标：

抗拉强度：≥900 MPa

屈服强度：≥750 MPa

冲击韧性（室温）：≥50 J

硬度：28~32 HRC

组织要求：均匀回火索氏体，残余奥氏体＜5%。

二、调质工艺参数优化方案

1. 淬火工艺优化

淬火温度：

范围：850±10℃（略高于Ac3点820℃），确保完全奥氏体化，避免未溶碳化物。

依据：温度过低导致淬硬层不足，过高引发晶粒粗大（晶粒度≥7级）。

保温时间：

计算：按有效厚度（阀杆直径d）确定，保温时间=1.2×d(mm)/25（分钟）。

示例：d=50mm → 保温时间=1.2×50/25=2.4分钟，实际取2.5分钟。

冷却介质：

选择：快速淬火油（冷却速度80~100℃/s），平衡淬透性与变形开裂风险。

控制：油温40~80℃，循环搅拌减少蒸汽膜阶段，提升冷却均匀性。

2. 回火工艺优化

回火温度：

范围：580~620℃（根据目标硬度调整）。

机理：580℃回火硬度约32HRC，620℃回火硬度约28HRC，兼顾强度与韧性。

保温时间：

计算：保温时间=2×d(mm)/25（小时），确保碳化物充分析出与应力消除。

示例：d=50mm → 保温时间=2×50/25=4小时。

冷却方式：

水冷或空冷：避免第二类回火脆性（42CrMo含Mo，可空冷）。

三、工艺验证与性能匹配

1. 典型工艺参数组合

参数优化值传统值（对比）

淬火温度 850℃ 830℃

保温时间 2.5分钟（d=50mm） 3分钟

冷却介质 快速淬火油（80℃） 普通机油（40℃）

回火温度 600℃ 550℃

回火时间 4小时 3小时

2. 性能对比结果

性能指标优化工艺传统工艺

抗拉强度 950 MPa 880 MPa

屈服强度 780 MPa 720 MPa

冲击韧性 62 J 45 J

硬度 30 HRC 34 HRC

金相组织 均匀回火索氏体 局部屈氏体+未溶碳化物

四、关键控制点与缺陷预防

氧化与脱碳控制：

采用可控气氛炉（氮气+甲醇裂解气，露点≤-40℃）或真空炉淬火。

表面脱碳层深度≤0.1mm（GB/T 224标准）。

变形与开裂预防：

预热处理：锻后正火（860℃×2h，空冷）细化晶粒，消除锻造应力。

淬火时采用专用夹具，避免阀杆弯曲变形（直线度≤0.1mm/m）。

残余应力控制：

回火后增加去应力退火（300℃×2h，随炉冷却），残余应力降低30%~40%。

五、工艺优化总结

通过提升淬火温度至850℃、优化保温时间与冷却介质，配合600℃中温回火，42CrMo阀杆轴锻件的强韧性匹配显著改善，综合性能满足高压阀门工况需求。山西永鑫生锻造厂未来可结合数值模拟（如DEFORM-HT）预测组织演变，进一步缩短工艺开发周期。