摘要：本文主要通过试验完成数据对比，分析多种热处理工艺参数，探究35CrMoSi的最佳热处理工艺参数组合。试验结果表明，35CrMoSi合金钢结构在850℃条件下保温50分钟，再进行40分钟、540℃回火保温工作，能够加强合金钢结构的韧性，优化材料结构组织、性能，确保35CrMoSi具有较强的稳定性。
关键词：35CrMoSi合金；钢热处理；工艺参数
前言：35CrMoSi一般应用于载荷较重、钢截面大的零件，合金元素的总质量分数约为4%。热处理工艺是35CrMoSi合金制造中常见的生产调制技术，对合金钢结构的性能和组织产生影响。因此，加强对35CrMoSi合金钢结构热处理工艺参数的研究，能够优化其结构韧性，为此类合金材料的生产和热处理工作奠定基础。
1 35CrMoSi合金概述
35CrMoSi化学成分包含0.38-0.45的C；0.17-0.37的Si；0.40-0.70的Mn；0.90-1.20的Cr；0.15-0.25的Mo。35CrMoSi合金钢结构冲击韧性、静力强度、疲劳极限较强，在高温的作用下具有较高的持久强度和蠕变强度，工作温度能够达到500℃，不过在冷变形情况下会降低焊接性，塑性一般。同时，35CrMoSi的焊接性较差。在-110℃的低温条件下冲击韧性、静力强度、疲劳极限较高，淬火变形问题较少，但在焊接之前需要将预热温度提升至150℃-400℃，进而减少应力。35CrMoSi合金钢结构经常应用于高负荷工作中的关键结构件，如大断面零件、传动轴、紧固件、人机齿轮、车轴等结构。
35CrMoSi可焊性较差，当Ceq＜0.4%时，材料的硬倾向不明显，在焊接前无需预热，可以直接开展工作；Ceq=0.4%-0.6%时，硬倾向显著，可焊性一般，需要在焊接之前进行预热，并在焊接完成后开展缓冷工作；当Ceq＞0.6%时，钢材的硬倾向很强，且可焊性较低，因此在焊接前需要提升预热温度，并选择恰当的焊接材料。35CrMoSi合金结构中碳当量为0.72%，焊接的硬倾向十分显著，会极有可能出现冷裂问题和热裂问题，需要提高焊接前预热温度，将可焊程度调整到最佳状态。
2 35CrMoSi合金结构钢热处理工艺参数研究
2.1 研究方案
在对35CrMoSi合金结构的热处理试验中，Ac1=745℃，Ac3=815℃，结合奥氏体临界温度制定试验研究方案。首先：开展淬火工作。其中淬火保温时间是t1，回火温度为T，回火保温时间是t2，结合35CrMoSi合金的力学性能找寻最佳淬火温度，并明确回火温度T、淬火保温时间t1、回火保温时间t2。其次，为了确保性能测量试验数据的精准性，针对每一温度点的力学性能，选取3块-5块同属性、同规格的样本，在测试冲击功时选择5-8块样本，并得出平均值。最后，对最优热处理参数完成性能和组织检测。35CrMoSi合金结构钢热处理过程采用热处理炉，温度范围可以达到450℃-950℃，炉体长度是72m，具备正火、淬火、中高温好回火等功能，能够满足试验条件。此外，在对热后处理参数进行硬度、强度、韧性等性能分析时，可以参照《金属洛氏硬度试验方法》、《金属材料室温拉伸试验方法》等要求和标准，使用扫描电镜、OLYMPUS金相显微镜完成组织观察和性能测评[1]。
2.2 淬火参数
2.2.1 明确淬火温度结合
借助试验对奥氏体临界转变温度进行分析，建议在试验中将淬火温度分别设置为820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃，并将淬火保温时间设定为40分钟，回火保温时间是30分钟，回火温度即水冷过程温度设置为550℃。通过试验发现，当淬火温度逐渐提升后，35CrMoSi合金钢结构的屈服强度和抗拉硬度增加，但增幅不明显。当温度突破850℃后，钢结构的材料硬度会显著提升，这种性能与材料显微组织中的带状结构相关。同时，材料的延伸率与淬火温度成反比，若温度超过850℃，下降幅度会增加，原因是温度升高后35CrMoSi合金钢结构的纤维硬度提升，且材料的硬度会提升。当温度加热到860℃、870℃时，材料的性能变化与850℃相近。材料冲击功与淬火温度成反比，总体下降趋势不明显，由于试验材料中晶粒度属于10级，且钢组织是回火索氏体，通过数据发现材料的性能满足标准，综合分析材料的力学性能，建议将淬火温度设置为850℃。
2.2.2 确定淬火保温时间
在35CrMoSi合金钢结构的热处理试验中，将淬火保温时间设置为20min、30min、40min、50min、60min、70min。同时，淬火温度设置到850℃(即油冷)，调整回火温度为550℃，回火保温时间是30min。试验发现，当淬火的保温时长越高，35CrMoSi合金钢结构的屈服强度和抗拉硬度减少，整体的下降幅度大约为44MPa、35MPa，且材料的硬度和保温时间成反比。当保温时间超过50分钟后，材料的强度降低的幅度会加大。同时，材料延伸率和保温时长成正比，不过时间在超过50分钟后，变化幅度不明显。该试验显微组织属于回火索氏体，在超过50分钟的淬火温度试验中，晶粒度等级为9.5，通过分析35CrMoSi合金钢结构的综合性能标准可以将淬火保温时间设置成50分钟。
2.3 回火参数
2.3.1 确定回火温度
在设置热处理回火温度时，可以将加热温度调整到850℃，设定保温时间为50分钟，并将回火温度设置为520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃，回火保温时间是30分钟。试验分析发现，当回火温度高于540℃时，抗拉强度会显著下降；回火温度在540℃-550℃时，屈服强度减少幅度是40MPa，温度超过550℃时，35CrMoSi合金钢结构的纤维硬度会大幅减少。此外，回火温度和冲击功成正比，且530℃-570℃之间，延伸率的上升幅度较小，约为0.8%，试验中工艺显微组织是回火索氏体，晶粒度等级为9，综合材料性能标准得出，回火温度可以暂时设置为540℃。
2.3.2 确定回火保温时间
在测定35CrMoSi合金钢结构热处理回火保温参数时，将淬火加热温度设置为850℃，50分钟保温时间，回火温度是540℃，使回火保温时间分为20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟、70分钟。通过分析材料性能和组织发现，35CrMoSi合金钢结构的回火时间和抗拉强度成反比，当回火时间在30分钟-50分钟间，屈服强度会略有提升，之后会逐渐下降；回火时间在30分钟以后，材料延伸率的变化幅度减少，逐渐趋于平缓，在30分钟至70分钟之间的上升值约为0.7%。同时，冲击功的波动幅度较大，当回火保温时间超过50分钟后，冲击功会先下降再上升，原因是材料强度略微上升，35CrMoSi合金钢结构中碳含量是0.35%，试验中工艺显微组织是回火索氏体，晶粒度等级为9，经过综合分析将回火保温时间设置为40分钟。
2.4 多种工艺对于材料参数的影响
在对35CrMoSi合金钢结构热处理工艺开展试验研究时发现，最佳工艺模式为先油淬、再水冷，其中油淬温度设置为850℃，保温时间是50分钟，水冷温度设置为540℃，回火保温时间是40分钟。通过设置科学的工艺参数可以将材料的硬度、强度控制在科学的范围内，优化热处理工艺流程。多种工艺方式对35CrMoSi合金钢结构和性能造成影响，若想深入探讨回火温度和时间的变化与35CrMoSi合金钢结构之间的关系，建议将淬火温度设置为850℃，将淬火完成的35CrMoSi钢板作为试样，采用不同工艺方式进行处理，其中包含：390℃×120分钟的盐浴等温处理、300℃×120分钟的盐浴等温处理、390℃×120分钟盐浴+300℃×2分钟的盐浴等温等温处理[2]。通过对材料组织和性能的观察研究发现，材料组织中贝氏体含量会逐渐增加，虽然335CrMoSi合金钢结构的强度降低，不过塑韧性会提升。当强度和塑韧性相同的条件下，回火温度调整后回火索氏体组织的裂纹扩散较快。
结论：综上所述，通过试验能够得出淬火温度的逐渐提升使得35CrMoSi合金的强度和硬度增加，但随着淬火保温时间的加长而降低。结构塑韧性、强度与淬火温度成反比。同时，结构强度随着回火温度提升、保温时间增加而降低，塑韧性则相反。因此，对于35CrMoSi合金结构的最优热处理建议先油淬再进行水冷。
参考文献：
[1]黄传明,罗永华.热处理工艺对35CrMo钢组织及性能的影响分析[J].中国金属通报,2018，(03):189-190.
[2]徐芳芳.35CrMo截齿材料热处理工艺优化研究[D].西安工业大学,2018.