深冷处理对40CrNiMo钢组织与性能的影响

doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.09.028

金属热处理 ›› 2025, Vol. 50 ›› Issue (9): 175-180.DOI: 10.13251/j.issn.0254-6051.2025.09.028

深冷处理对40CrNiMo钢组织与性能的影响

张海东¹, 闫献国², 向瑾¹, 李晋峰³, 高丽梅³

1.晋中学院机械系, 山西晋中 030619;
2.太原科技大学机械工程学院,山西太原 030024;
3.晋西车轴股份有限公司, 山西太原 030027

收稿日期:2025-05-14 修回日期:2025-08-08 出版日期:2025-09-25 发布日期:2025-10-13
作者简介:张海东(1986—),男,讲师,博士,主要研究方向为先进制造技术,E-mail: tronmek@outlook.com。
基金资助:
山西省高等学校科技创新项目(2022L496);国家自然科学基金(51675363)

Effect of cryogenic treatment on microstructure and mechanical properties of 40CrNiMo steel

Zhang Haidong¹, Yan Xianguo², Xiang Jin¹, Li Jinfeng³, Gao Limei³

1. Department of Mechanics, Jinzhong University, Jinzhong Shanxi 030619, China;
2. School of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan Shanxi 030024, China;
3. Jinxi Axle Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030027, China

Received:2025-05-14 Revised:2025-08-08 Online:2025-09-25 Published:2025-10-13

摘要/Abstract

摘要： 对40CrNiMo钢进行形变热处理+深冷处理+回火处理后,对不同深冷温度(-80、-160 ℃)下40CrNiMo钢的组织与性能进行观察和测试。结果表明,深冷处理对40CrNiMo钢的硬度和抗弯强度的影响不明显,但显著降低摩擦因数、提高耐磨性和降低冲击性能,且-160 ℃深冷处理相比-80 ℃深冷处理对40CrNiMo钢耐磨性和冲击性能的影响更大,主要原因在于深冷处理促进40CrNiMo钢中细小碳化物弥散析出,从而提高40CrNiMo钢的磨粒磨损程度,降低黏着磨损和氧化磨损程度,加剧40CrNiMo钢的脆性断裂程度。

关键词: 40CrNiMo钢, 深冷处理, 力学性能, 微观组织

Abstract: After thermomechanical heat treatment, cryogenic treatment (-80 ℃ and -160 ℃) and tempering treatment, the microstructure and properties of 40CrNiMo steel were tested and observed. The results show that the effect of cryogenic treatment on the hardness and bending strength of the steel is not significant, but cryogenic treatment significantly decreases the friction coefficient, improves the wear resistance and reduces the impact property of the steel. Furthermore, cryogenic treatment at -160 ℃ has more effect on wear resistance and impact property than cryogenic treatment at -80 ℃. The main reason is that cryogenic treatment can promote precipitation of fine carbides in the 40CrNiMo steel, thereby increasing the wear resistance, reducing the adhesive wear and oxidation wear, and exacerbating the brittle fracture of the steel.

Key words: 40CrNiMo steel, cryogenic treatment, mechanical properties, microstructure

中图分类号:

TG156.91

张海东, 闫献国, 向瑾, 李晋峰, 高丽梅. 深冷处理对40CrNiMo钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 175-180.

Zhang Haidong, Yan Xianguo, Xiang Jin, Li Jinfeng, Gao Limei. Effect of cryogenic treatment on microstructure and mechanical properties of 40CrNiMo steel[J]. Heat Treatment of Metals, 2025, 50(9): 175-180.

参考文献

[1] 何晓波, 魏宏宇, 张可, 等. 回火温度对两相区淬火态40CrNiMo钢组织和力学性能的影响[J]. 机械工程材料, 2025, 49(3): 49-54.
He Xiaobo, Wei Hongyu, Zhang Ke, et al. Effect of tempering temperature on microstructure and mechanical properties of intercritical quenched 40CrNiMo steel[J]. Materials for Mechanical Engineering, 2025, 49(3): 49-54.
[2] 冯泽民. 连续采煤机振动特性分析及截齿失效识别方法研究[D]. 太原: 太原科技大学, 2024.
[3] 秦彦凯, 张永飞, 张晓红, 等. 采掘机械截齿退化机制研究[J]. 煤炭工程, 2022, 54(9): 168-174.
Qin Yankai, Zhang Yongfei, Zhang Xiaohong, et al. Degradation mechanism of mining machinery pick[J]. Coal Engineering, 2022, 54(9): 168-174.
[4] 曹志安. 煤矿机电及运输岗位实操教材[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社, 2015.
[5] 刘成效, 李和林. 综掘机司机[M]. 北京: 煤炭工业出版社, 2005.
[6] Kalia S, Fu S Y. Polymers at Cryogenic Temperatures[M]. Berlin: Springer, 2013.
[7] Yildiz E, Özbek N A. Effect of cryogenic treatment and tempering temperature on mechanical and microstructural properties of AISI 431 steel[J]. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 2022, 6(1): 74-82.
[8] Singla A K, Singh J, Sharma V S, et al. Processing of materials at cryogenic temperature and its implications in manufacturing: A review[J]. Materials and Manufacturing Processes, 2018, 33(15): 1603-1640.
[9] Mohan N, Arul S. Effect of cryogenic treatment on the mechanical properties of alloy steel 16MnCr5[J]. Materials Today: Proceedings, 2018, 5(11): 25265-25275.
[10] 曾宋文, 刘璐, 刘雨健, 等. 冷轧对G20CrNi2MoA渗碳轴承钢组织演变与耐磨性的影响[J]. 金属热处理, 2020, 45(12): 53-59.
Zeng Songwen, Liu Lu, Liu Yujian, et al. Effect of cold rolling on microstructure evolution and wear resistance of G20CrNi2MoA carburized bearing steel[J]. Heat Treatment of Metals, 2020, 45(12): 53-59.
[11] 张则荣, 李志娟, 宋冠英. 新编工程材料学及其基本实验[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2022.
[12] 张峥编. 工程材料的力学性能[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2022.
[13] Meng Y C, Villa M, Dahl K V, et al. Synchrotron X-ray diffraction investigation of the effect of cryogenic treatment on the microstructure of Ti-6Al-4V[J]. Applied Surface Science, 2019, 502: 144087.
[14] 胡海波, 朱丽慧, 涂有旺, 等. 深冷处理工艺对M2高速钢显微组织与性能的影响[J]. 材料导报, 2023, 37(9): 171-176.
Hu Haibo, Zhu Lihui, Tu Youwang, et al. Influence of deep cryogenic treatment process on microstructure and properties of M2 high speed steel[J]. Materials Reports, 2023, 37(9): 171-176.
[15] 陈峙, 孟宇, 兰东生, 等. 深冷处理对M2Al高速钢高温耐磨性的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(8): 158-162.
Chen Zhi, Meng Yu, Lan Dongsheng, et al. Effect of cryogenic treatment on high temperature wear resistance of M2Al high speed steel[J]. Heat Treatment of Metals, 2022, 47(8): 158-162.
[16] 罗子相, 刘克, 杨兵, 等. 深冷处理对18Cr2Ni2MoNbA钢耐磨性的影响[J]. 金属热处理, 2022, 47(10): 164-168.
Luo Zixiang, Liu Ke, Yang Bing, et al. Effect of deep cryogenic treatment on wear resistance of 18Cr2Ni2MoNbA steel[J]. Heat Treatment of Metals, 2022, 47(10): 164-168.
[17] Senthilkumar D, Rajendran I, Pellizzari M. Effect of cryogenic treatment on the hardness and tensile behaviour of AISI 4140 steel[J]. International Journal of Microstructure and Materials Properties, 2011, 6(5): 366-377.
[18] 董丽华, 刘涛, 范丽, 等. 极地环境服役材料与表面防护技术极端条件材料基础理论及应用研究[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2023.

深冷处理对40CrNiMo钢组织与性能的影响

Effect of cryogenic treatment on microstructure and mechanical properties of 40CrNiMo steel

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	田育金, 杨胶溪, 高枫, 王高生, 刘琦, 李怀学. 激光等离子复合喷涂NiCr-Cr₃C₂涂层的组织与性能[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 1-6.
[2]	吉效科, 毛勇, 李茂, 张丛笑, 见飞龙, 庄磊, 王玮晨, 刘二勇. 不锈钢熔覆层的微观组织和腐蚀磨损性能[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 92-98.
[3]	王天琪, 柴希阳, 罗小兵, 师仲然. 控轧控冷工艺对ULCB钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 146-150.
[4]	杨恬, 孙上清, 田彦文, 王涛, 任勇. 固溶处理温度和冷却速率对TC6钛合金组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 151-155.
[5]	李佳傲, 黄硕, 李瑞红, 赵莉萍, 王海燕, 杨礼林, 金自力. 时效时间对Mg-10Gd-2Sm-1Y-0.5Zr合金组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 156-160.
[6]	刘仕超, 贾虹锋, 胡宝佳, 田亚强, 陈连生. 等温淬火对高强度低合金钢贝氏体相变与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 161-164.
[7]	柳会梅, 陈珍妮, 许立雄, 熊俊伟, 孙昌政, 胡海江. 连续退火时效时间对低碳钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 170-174.
[8]	付世强, 张江, 廖斌, 蒋桂. 冷轧及退火工艺对新能源电池用铝塑膜箔组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 181-190.
[9]	何苗, 武晓峰, 董志强, 王端, 索忠源. 淬火温度对斗齿用35CrMnSi2钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 191-194.
[10]	贾俊波, 冯迪, 涂玉国, 周临震, 朱治愿. 长期时效对EMS206合金组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 238-243.
[11]	李根, 刘俊, 唐正焮, 贾雷, 何西扣. Ce-Y复合添加对T91耐热钢组织与力学性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 250-256.
[12]	周虎, 程战, 李谈, 李宁波, 李日榜, 王冰, 龙伟民, 关常勇. Y₂O₃对H13钢表面激光熔覆Stellite6熔覆层组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 257-263.
[13]	罗贻正, 张轩睿, 王星, 詹红, 舒大禹, 赵飞, 卢新春, 王艳林. 硼含量及淬火温度对60Si2Mn弹簧扁钢力学性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 264-270.
[14]	覃信茂, 钟丽琼, 杜玮, 赖伟基, 易艳良. RE变质处理对钨钼系高速钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 271-277.
[15]	李瑞霞, 秦翔智, 赵佳蕾, 李兵, 赵巍, 周毅, 黎柏康, 章晶林. Zn对Al-4.5%Mg-1.0%Mn-0.1%Zr合金组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(9): 278-286.