起重機用車輪和水平輪鍛件主要采用42CrMo耐熱鋼，該鋼屬于中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的淬透性、高溫強度及蠕變性能，此外42CrMo耐熱鋼淬火后變形小，調(diào)質(zhì)后綜合力學(xué)性能較好。盡管42CrMo耐熱鋼具有許多優(yōu)點，但應(yīng)用于起重機車輪和水平輪上時經(jīng)常出現(xiàn)強度與韌性不匹配的問題，即在強度滿足要求的條件下，沖擊性能不能達標(biāo)，類似此類問題在42CrMo車輪鍛件的制造過程中也普遍存在。

        因此，山西鍛造廠在研究熱處理工藝對42CrMo起重機車輪鍛件的組織和力學(xué)性能影響具有重要的理論和現(xiàn)實意義。42CrMo車輪鍛件在工程中使用狀態(tài)通常是調(diào)質(zhì)態(tài)，研究表明，熱處理工藝特別是回火熱處理對低合金高強鋼的組織和性能具有顯著影響，是提高低合金高強鋼綜合力學(xué)性能的重要手段之一。目前，制定車輪鍛件合適的熱處理制度以滿足材料的使用性能要求，對回火過程中組織演變對力學(xué)性能的影響機理的研究也認為水淬熱處理工藝在平衡42CrMo鋼的韌性和強度方面有積極的作用。然而，材料在進行淬火熱處理過程中，由于結(jié)構(gòu)厚大及復(fù)雜等原因，內(nèi)外表面及各區(qū)域冷卻速率差別明顯，致使結(jié)構(gòu)溫度分布不均勻，進而產(chǎn)生殘余應(yīng)力。車輪鍛件屬于厚結(jié)構(gòu)，淬火過程中外表面與內(nèi)部冷熱速率差異較大，因此殘余應(yīng)力的存在不容忽視，淬火殘余應(yīng)力在車輪中的分布狀態(tài)需要***說明。

        此外，車輪經(jīng)過鍛造過程有可能產(chǎn)生疏松缺陷，車輪鍛件內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，在淬火過程中車輪殘余應(yīng)力的分布也會變得更加復(fù)雜，故疏松缺陷對車輪在淬火過程中殘余應(yīng)力的影響如何，也急需進一步闡明。由于疏松缺陷多位于結(jié)構(gòu)內(nèi)部，所以很難測得其周圍應(yīng)力場，而采用有限元法模擬淬火熱處理過程能夠有效地估算其影響范圍，獲得的車輪淬火件應(yīng)力場可用于研究車輪失效過程，是解決其內(nèi)部裂紋擴展及表層脫落問題的關(guān)鍵步驟。

        實踐表明：（1）42CrMo鋼車輪鍛件的疏松缺陷是鍛件內(nèi)部產(chǎn)生裂紋的主要原因。 （2）淬火熱處理導(dǎo)致車輪鍛件疏松區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中，淬火殘余應(yīng)力***大值與疏松宏觀尺寸關(guān)系不大，相比徑向和軸向，軸向殘余應(yīng)力約為1300MPa，是裂紋在車輪內(nèi)部疏松區(qū)域萌生并擴展的主要驅(qū)動力；在疏松區(qū)域內(nèi)形成的裂紋，經(jīng)過回火處理后繼續(xù)向外擴展的可能性不大。 （3）車輪鍛件疏松缺陷區(qū)域存在應(yīng)力集中，在內(nèi)外載荷疊加作用下，產(chǎn)生裂紋，并將***終導(dǎo)致表面部分脫落。