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構鋼，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，調質后綜合力學性能較好。盡管42CrMo耐熱鋼具有許多優(yōu)點，但應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，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)通常是調質態(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，由于結構厚大及復雜等原因，內(nèi)外表面及各區(qū)域冷卻速率差別明顯，致使結構溫度分布不均勻，進而產(chǎn)生殘余應力。車輪鍛件屬于厚結構，淬火過程中外表面與內(nèi)部冷熱速率差異較大，因此殘余應力的存在不容忽視，淬火殘余應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)部結構不均勻，在淬火過程中車輪殘余應力的分布也會變得更加復雜，故疏松缺陷對車輪在淬火過程中殘余應力的影響如何，也急需進一步闡明。由于疏松缺陷多位于結構內(nèi)部，所以很難測得其周圍應力場，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）淬火熱處理導致車輪鍛件疏松區(qū)域產(chǎn)生應力集中，淬火殘余應力***大值與疏松宏觀尺寸關系不大，相比徑向和軸向，軸向殘余應力約為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)域存在應力集中，在內(nèi)外載荷疊加作用下，產(chǎn)生裂紋，并將***終導致表面部分脫落。