摘要：热处理工艺对5CrMnMo锚链推杆表面堆焊层性能的影响研究结果表明：D322堆焊材料具有良好的热稳定性能；且D322材料表面堆焊层淬火后600℃回火时出现显著的二次硬化现象，高温调质处理后硬度下降；表面堆焊层进行预处理，加热到1050℃保温30min.油淬至室温，后放入860℃电阻炉中保温20min.后炉冷，再进行淬火加回火后组织更加均匀、细小。

　　锚链推杆为制链机组上最为重要的部件之一。它是由5CrMnMo模具钢制造,其主要作用是将直径几十毫米到150多毫米的高强度、高韧性制链用合金结构钢在夹具的强大作用下环绕推杆弯曲成链环。锚环在弯曲成形过程中表面温度高达600℃，推杆反复承受高的应力、摩擦力的作用，在高温、高负荷、急冷急热交变条件下使用一段时间后，氧化、腐蚀、磨损都极为严重，因此锚链推杆服役时间短、失效快,已成为锚链制造业一个亟待解决的问题[1]。

　　本文针对上述问题，选用性能较5CrMnMo钢优良的D322堆焊材料(GB EDRCrMoWV-A1)在磨损严重的锚链推杆表面进行堆焊，并研究了不同的热处理工艺对表面堆焊层硬度、热稳定性、显微组织方面的影响，为优化D322堆焊材料的表面堆焊及热处理工艺提供参考。

　　1 试验材料与方法

　　1.1 试验材料

　　材料选用失效的5CrMnMo锚链推杆，具体化学成分见表1，将其用电火花线切割加工成100mm×20mm×20mm试块待用。堆焊材料选用性能优良、直径为Φ3.2的D322热锻模堆焊材料，具体成分见表2。

表1. 5CrMnMo锚链推杆材料成分(wt%)

Table 1 The compositions of 5CrMnMo anchor push-rod (wt%)

C	Si	Mn	Cr	Mo	P、 S
0.50~0.60	0.25~0.60	1.20~1.60	0.60~0.90	0.15~0.30	≤0.03

表2. D322堆焊材料成份(wt%)

Table 2 The compositions of D322 welding material (wt%)

　　1.2 试验方法

　　5CrMnMo钢焊接碳含量较高，Cep=0.87[2]，可焊性差，堆焊时易产生焊接冷裂纹，因此堆焊前必须将试样预热，预热温度为350℃。焊条使用前放入250℃电阻炉中烘焙1小时。熔敷金属试样制备参照GB984-85 标准，直流反接法手工焊接，工艺参数为：堆焊电流为110～120A，电压为20～30V[3]。

　　试样进行不同的热处理工艺，借助HR-150A型洛氏硬度计测定堆焊层的洛氏硬度;利用JEOL-JSM-6480型电子显微镜分析和观察堆焊层的显微组织。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 退火温度对堆焊层热稳定性的影响

　　表面堆焊层的硬度与热稳定性是锻模堆焊材料的重要力学性能指标。堆焊层的硬度与热稳定性试验过程是将堆焊层金属在不经过任何热处理的情况下先测硬度，另取未失效锚链推杆试样，即5CrMnMo原始材料进行对比，分别将每组试样加热到550℃、600℃、650℃保温4个小时炉冷，测定表面堆焊层的硬度以便决定其热稳定性[3]。具体退火温度对表面堆焊层硬度影响如图1。

图1不同退火温度的硬度变化曲线

Fig.1 Hardness-curve in different annealing temperature

　　失效的5CrMnMo材料原始状态硬度仅为35，随退火温度的提高硬度呈明显降低趋势,650℃时硬度降为26。 5CrMnMo原始材料硬度随退火温度升高也一直下降，由原始状态的52降为45。D322材料堆焊层随退火温度升高，硬度则先降后升，在600℃时退火有细小的合金碳化物析出[4]，形成二次硬化，从而使硬度达到最高58，650℃时硬度略有降低。与前两种材料相比，D322堆焊材料表面堆焊层具有良好的热稳定性。

　　2.2 热处理工艺对硬度的影响

　　本文选用两种热处理工艺，一种将试样加热到1050℃，保温1小时后，油淬至室温，然后分别在550℃、600℃、700℃下保温1个小时后随炉冷至室温。第二种工艺要在淬火前加一道预处理工艺，将试样加热到1050℃，油淬至室温，后放入860℃电阻炉中保温20分钟后炉冷。分别测两种热处理工艺下不同的硬度值。具体的热处理工艺及硬度如表3。

表3热处理工艺对硬度的影响

Table 3 The effect of heat treatment on hardness

　　D322堆焊材料堆焊层淬火后硬度为52，600℃回火出现显著的二次硬化现象，700℃回火，调质处理后硬度下降为36。淬火前球化退火预处理后堆焊层的整体硬度下降，600℃回火仍出现显著的二次硬化现象，但硬度较第一种工艺低，为49。

　　2.3 热处理工艺对堆焊层组织影响

　　不同的热处理工艺对表面堆焊层组织影响不同，尤其是回火温度的不同，将得到不同的显微组织。因此，对堆焊层显微组织及其硬度的观察与测量对具体热处理工艺的选择有着重要的意义。

　　将表3所示热处理后试样打磨抛光后，用3-5%的硝酸酒精腐蚀，在金相显微镜下观察其显微组织，如图2。

图2 不同热处理工艺试样的显微组织(a-试样1;b-试样2;c-试样3;d-试样4;e-试样5;f-试样6;g-试样7;h-试样8)

Fig.2 Microstructure of the different heat treatment(a-No.1;b-No.2;c-No.3;d-No.4;e-No.5;f-No.6;g-No.7;h-No.8)

　　堆焊层淬火后在不同的回火温度下，得到不到的回火组织，图2(a)(e)为550℃回火，得到回火马氏体组织和较多的碳化物。图2(b)为600℃回火组织，为回火马氏体及粒状碳化物，并仍残留有较多的奥氏体;图2(e)同样为回火马氏体组织及粒状碳化物，但由于进行预处理，马氏体组织及粒状碳化物更加均匀、细小，残留奥氏体在回火过程中几乎全部发生了转变，并且在此温度回火具有显著的二次硬化现象。图2(c)(g)为700℃高温回火组织，由于回火温度的过高，马氏体分解为索氏体组织，使堆焊层的硬度大为降低。图2(d)(h)为淬火组织，直接淬火得到马氏体,组织中仍残留有大量的未溶碳化物，所以硬度较高，但脆性较大;进行预处理的淬火组织，极大部分的碳化物已溶于奥氏体，使阻碍晶粒长大的机械作用消失，淬火后除得到较为粗大的马氏体外，残留的奥氏体量也随之增多，由于粗大组织的出现，将使堆焊层脆性增加[5]。 因此，直接淬火而不回火不适合于热处理5CrMnMo锚链推杆。

　　3 小结

　　(1) 5CrMnMo锚链推杆原始材料随退火温度的升高保温一定时间后硬度呈明显降低趋势,D322堆焊材料表面堆焊层变化则不大，热稳定性良好。

　　(2) 不同的热处理工艺将对堆焊层的硬度产生的影响明显不同，尤其是回火温度的不同，D322材料堆焊层在600℃回火时出现显著的二次硬化现象，高温调质处理后硬度下降。

　　(3) 表面堆焊层经过上述预处理工艺，后在600℃回火时得到均匀、细小的回火马氏体组织与粒状碳化物，且硬度较高，有利于提高其使用寿命。

　　参考文献

　　[1]朱俊成.国内锚链制造行业的现状及对策[J].现代管理科学.1999.(4):39-40.

　　[2] 李亚江，张永善，王娟等. 焊接修复技术[M]. 北京：化学工业出版社. 2005.30-32.

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　　[4] 崔忠圻等.金属学与热处理原理[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社. 1998.

　　[5] 第一机械工业部上海材料研究所.上海工具厂. 工具钢金相图谱[M]. 上海：机械工业出版社.1979.10.

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