朱红波，孙立强，王 迪
（克拉玛依职业技术学院，新疆 独山子 833699）
摘要：通过对35CrMo钢试样调质前后的显微组织和硬度变化情况进行分析，介绍了调质处理前后试验材料内部组织和硬度的变化情况，研究不同回火温度对35CrMo钢显微组织的影响。结果表明：调质处理后材料硬度明显提高，但随着回火温度升高，材料硬度下降；当回火温度达到620℃时，获得均匀回火索氏体组织，材料综合力学性能最佳。
关键词：35CrMo钢；调质处理；显微组织；回火温度；性能中图分类号：TG142.1
0 引言
近年来，随着石油天然气工业的勘探开发向着深井、超深井、特深井和复杂油气藏及稠油方向发展，各种新型钻采工业装备和钻完井技术的不断涌现以及对油田井下作业安全要求的不断提高，对钻采机具、设备的材料也提出了更高要求。35CrMo钢因其强度高、韧性好、淬透性高、淬火变形小等特征，广泛应用于承受重负荷的重要结构件和受冲击、震动、弯曲、扭转的机件。石油钻采设备上的很多零件采用35CrMo钢进行制造，如穿孔器、喷砂器、气举阀及井口螺栓等。由于这些零件长时间在高温、高压、重载荷条件下工作，为了提高材料的自身性能，生产上常对35CrMo钢进行调质处理以使其获得良好的综合力学性能。调质处理是指淬火十高温回火的热处理工艺，其主要目的是调整组织，减少碳化物，获得索氏体或索氏体组织和均匀分布的颗粒状碳化物组织，从而提高其综合性能。本文通过对调质前后35CrMo钢试样的组织和硬度进行对比分析，研究了调质处理对35CrMo钢显微组织和性能的影响，特别是不同回火温度对材料显微组织和硬度的影响，为35CrMo钢的实际应用提供参考。
1 试验材料与方法
试验材料为莱芜钢铁集团有限公司生产的35CrMo钢热轧棒料，其主要化学成分如表1所示，符合GB/T3077 -1999《合金结构钢》标准要求。
将试验材料切割成规格为50 mm×50 mm×30 mm试样3个，去毛刺后打钢印进行标记。对2号、3号试样进行调质处理，由于35CrMo是亚共析钢，淬火温度的取值范围为AC3+(30～50)℃，在此温度范围内加热，可获得全部细小的奥氏体晶粒，淬火后又可得到均匀细小的马氏体组织。结合35CrMo钢的材料特性和现场实际生产经验，确定调质处理的工艺方案为：淬火温度为850℃、淬火时间为30 min，2号试样回火温度为500℃，3号试样回火温度为620 ℃，回火时间为60 min，介质均为油。调质工艺曲线如图1所示。
用布氏硬度计分别测定未经调质处理试样1和调质后试样2、试样3的硬度，在试样表面选取3点进行测试，测得的硬度数值如表2所示。将未调质试样1和调质后试样2、试样3分别进行磨制、抛光后用4%的硝酸酒精腐蚀，制得金相试样，用电子显微镜观察试样金相组织，截取的金相图片如图2～图4所示。
2试验结果分析
由图2可见，调质处理前的35CrMo钢显微组织主要包括铁素体和珠光体，其中白色基体为铁素体，其上有呈块状分布的珠光体，晶粒较细小。该组织是调质淬火前的理想组织，能够保证在正常淬火工艺下获得良好的淬火组织，即细小的马氏体组织。由于淬火马氏体组织的强度、硬度很高，而其韧性和塑性明显下降，不利于材料的后期加工，因此在调质处理中需对淬火材料进行高温回火处理，其目的是改善材料微观组织，以控制强度，提高其塑性和韧性。由图3可见，其显微组织主要由针状马氏体和回火索氏体组成，说明回火处理使淬火形成的马氏体开始分解，并向回火索氏体转变，但由于回火温度的影响，马氏体并未完全发生分解，仍有部分马氏体板条束存在，这时材料的强度、硬度仍然较高，韧性和塑性较差。由图4可见，其成分主要是均匀且弥散分布的索氏体组织，说明当回火温度升高到620℃以上时，马氏体中的碳原子充分析出，在马氏体晶内和晶界上形成的渗碳体颗粒不断长大，a相再结晶为等轴状，位错密度降低，组织逐渐转变为均匀的回火索氏体。由表2中硬度值可以看出，调质处理使材料硬度明显提高，且2号试样硬度值高于3号试样硬度值，说明随着回火温度的升高，材料的硬度有下降趋势。这一结果与35CrMo钢在不同回火温度下的组织变化规律是一致的。当回火温度在500℃时，马氏体分解不完全，随着回火温度的升高，马氏体分解加速，在相同时间内有更多的马氏体分解，因此硬度下降；当回火温度升至620℃时，高温回火导致马氏体完全分解，析出细小的渗碳体颗粒，从而使基体转变为索氏体组织，此时材料的强度和硬度有所下降，而塑性和韧性则显著提高，最终使材料获得良好的综合力学性能。
3结语
通过对比35CrMo钢试样调质处理前后的金相组织和硬度，确定调质处理对35CrMo钢的显微组织和力学性能产生了重要影响。调质处理后材料内部组织得到细化，硬度明显提高。回火温度对淬火产生马氏体组织的分解有直接影响，进而影响材料的力学性能。随着回火温度的升高，马氏体分解加速，材料的硬度降低，当回火温度达到620 0C时，马氏体分解完全，转化为均匀的索氏体组织，此时材料具有良好的综合力学性能。
