對34CrNi3Mo鋼壓縮機葉輪進行了一系列不同的真空調質熱處理工藝試驗。結果表明，34CrNi3Mo鋼試樣經880℃氬氣淬+580～600℃回火后，其規定塑性延伸強度為794～850MPa、抗拉強度為926～967MPa、伸長率為14.6%～16.5%、斷面收縮率為35.7%～45.5%、沖擊吸收能量為39.4～44.1J，滿足了該葉輪力學性能的技術要求。
葉輪是離心壓縮機產品的核心部件，在產品運行過程中通過高速旋轉(可達10000r/min以上)對氣體做功，以提高氣體壓力滿足工業流程的需要，該類葉輪制造后的力學性能使用要求一般都較高。其中高壓離心壓縮機多是窄流道葉輪，常采用真空釬焊+真空熱處理的方法進行葉輪制造，因此葉輪真空熱處理的工藝參數是否合適對葉輪材料的力學性能影響較大，甚至會影響離心壓縮機機組的安全可靠運行。
某34CrNi3Mo鋼壓縮機葉輪真空熱處理后力學性能的技術要求指標為:規定塑性延伸強度Rp0.2≥780MPa、抗拉強度Rm≥850MPa、伸長率A≥12%、斷面收縮率Z≥35%、沖擊吸收能量KU2≥39J。本文作者對34CrNi3Mo鋼進行了一系列不同工藝參數的真空調質熱處理工藝試驗，確定了合適的工藝參數，z*終滿足了該壓縮機葉輪力學性能的技術要求。
1、試驗材料及方法
1.1、試驗材料
本次試驗選用退火態34CrNi3Mo圓鋼(?200mm×600mm)，加工成尺寸為150mm×35mm×35mm的試驗件進行不同工藝參數的真空調質熱處理工藝試驗。利用GS1000型直讀光譜儀對試驗件進行材料化學成分分析，分析結果見表1。由表1可見，該試驗件的化學成分滿足JB/T6396—2006《大型合金結構鋼鍛件技術條件》對于34CrNi3Mo鋼的各項化學成分要求。
1.2、試驗條件與方法
本次真空調質熱處理工藝試驗選用ZQL-200-1250型單室真空爐按以下內容要求進行。
1)真空淬火工藝參數
冷態抽真空至2×10-2 Pa；以300℃/h速率加熱到880℃分別保持180、240min；保溫結束后立即填充高純氬氣體，氣體快速冷卻到65℃出爐。
2)真空回火工藝參數
冷態抽真空至2×10-2 Pa；以360℃/h速率加熱到540、560、580、600、620℃保持120、270min；保溫結束后立即填充高純氬氣體，氣體快速冷卻到65℃出爐。
3)性能及顯微組織檢測
用布氏硬度計HBSD-3000，按GB/T231—2009《金屬材料布氏硬度試驗》規定檢測樣件布氏硬度；用微機控制電液伺服萬能試驗機4505D，按GB/T228.1—2010《金屬材料拉伸試驗第1部分:室溫試驗方法》規定檢測材料抗拉強度、規定塑性延伸強度、斷后伸長率和斷面收縮率；用數顯式沖擊試驗機JBS-300，按GB/T229—2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》規定檢測常溫沖擊吸收能量；用光學金相顯微鏡GX51，按GB/T13298—1991《金屬顯微組織檢驗方法》規定檢測顯微組織。
2、試驗結果及分析
2.1、淬火和回火工藝對材料性能的影響
1)保溫180min淬火
加熱880℃保持180min后進行淬火處理，再分別進行580、600℃回火，力學性能檢測結果
在此條件下進行調質處理的試驗件力學性能都不滿足技術要求。580℃回火后強度、硬度指標都很高，但沖擊吸收能量較低(不足技術要求的一半)；在600℃回火后，沖擊吸收能量雖有提高但仍不符合技術要求，且在Rp0.2已經低于技術要求的情況下KU2仍偏低，結果呈現為Rp0.2、KU2都不合格。
這說明加熱880℃保持180min后淬火熱處理工藝參數不合適。
2)保溫240min淬火
加熱880℃保持240min后淬火處理，再分別進行540、560、580、600、620℃回火，力學性能檢測結果(每種3件平均值)
按照本試驗條件淬火處理再進行不同溫度回火后呈現出:隨著回火溫度的提高，強度、硬度指標都逐漸降低，塑、韌性指標都逐漸提高的現象；在580、600℃回火后各項力學性能指標都可滿足技術要求。
2.2、淬火和回火工藝對顯微組織的影響
1)保溫180min淬火
34CrNi3Mo鋼試驗件加熱880℃保持180min后淬火+600℃回火處理后試樣的顯微組織，呈現馬氏體+索氏體+點狀鐵素體組織，且組織不均勻，其中箭頭所示位置馬氏體發生晶粒融合，形成大塊狀組織，晶粒度大小約為2級，該顯微組織說明按照本工藝進行真空調質處理后，奧氏體轉變不充分甚至仍然存在鍛造組織，材料組織粗大說明淬火冷卻速度不夠，這是嚴重影響材料韌性的主要原因，必須采取措施使淬火過程中奧氏體轉變完成充分消除鍛造組織，并注意加大冷卻速度細化晶粒組織。
2)保溫240min淬火
加熱880℃保持240min后淬火，分別進行580、600℃回火后材料的顯微組織，主要呈現回火索氏體+馬氏體組織，組織均勻性較好，晶粒度約為5～6級。對比圖1與圖2可見，圖2所示材料整個組織更為均勻，馬氏體塊狀組織含量大幅下降，且未產生圖1試樣所示的晶粒融合現象。從而使材料韌性指標得到了一定程度的提升，整體性能也得到了一定程度的改善。
根據上述試驗結果，制訂了34CrNi3Mo鋼優化的真空調質熱處理工藝為加熱880℃保持240min后立即填高純氬氣快速冷卻淬火再進行580～600℃回火。該工藝處理后材料的顯微組織主要呈現回火索氏體+馬氏體組織，組織均勻性較好，晶粒度約為5～6級，其各項力學性能指標都可滿足技術要求。
3、結論
1)34CrNi3Mo鋼在真空調質處理過程中必須確保奧氏體轉變完成充分，徹底消除鍛造組織，并注意加大冷卻速度細化晶粒組織，這是嚴重影響材料韌性好壞的主要原因。
2)34CrNi3Mo鋼在真空淬火后呈現出隨著回火溫度的提高，強度、硬度指標都逐漸降低，塑、韌性指標都逐漸提高的現象。
3)34CrNi3Mo鋼在加熱880℃保持240min后立即填高純氬氣體快速冷卻淬火再進行580～600℃回火的真空調質處理后，材料的顯微組織主要呈現回火索氏體+馬氏體組織，組織均勻性較好，晶粒度約為5～6級，各項力學性能指標都可滿足技術要求。
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