亞溫淬火溫度對(duì)45鋼組織性能的影響_圖文

1、材料熱處理技術(shù)Material &Heat Treatment 2010年1月Hot Working Technology 2010,Vol.39,No.2將具有平衡態(tài)或非平衡態(tài)原始組織的亞共析鋼加熱至鐵素體與奧氏體共存的兩相區(qū),即臨界區(qū)溫度區(qū)間保溫一定時(shí)間后,進(jìn)行淬火稱為亞溫淬火,其比傳統(tǒng)淬火溫度低,目的是提高材料沖擊韌度,降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度和回火脆性傾向1。45鋼是含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,是生產(chǎn)中最常用的材料之一,在齒輪、連接桿、蝸桿、葉輪、泵、活塞、曲軸等零件制造中廣泛應(yīng)用。但45鋼的淬透性較低,水淬時(shí)有開(kāi)裂傾向,因此改善和提高45鋼的性能,對(duì)提高零件質(zhì)量和安全穩(wěn)定性有

2、重要的意義。本文對(duì)45鋼試樣在不同溫度下進(jìn)行亞溫淬火,通過(guò)試驗(yàn)獲得45鋼的力學(xué)性能數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)找出其規(guī)律性,同時(shí)通過(guò)顯微組織觀察,分析亞溫淬火對(duì)材料力學(xué)性能影響的特點(diǎn)。1實(shí)驗(yàn)材料和方法實(shí)驗(yàn)用45鋼的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%為:0.47C ,0.31Si ,0.67Mn ,0.03S ,0.031P 。試樣分拉伸試樣和硬度試塊,拉伸試樣采用d =10mm ,L =5d 的短試樣;硬度試塊的尺寸為準(zhǔn)16mm ×20mm 。每個(gè)溫度點(diǎn)分別處理拉伸試樣和硬度試塊各3個(gè),測(cè)試性能后取其平均值作為試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)試樣進(jìn)行顯微組織分析。淬火加熱在箱式電阻爐中進(jìn)行,試樣達(dá)到淬火溫度(760、770、

3、780、790、800、810和840后,保溫20min ,水冷?；鼗饻囟榷紴?00,均保溫20min ,空冷。試驗(yàn)設(shè)備及試劑:P-2型金相試樣拋光機(jī),日產(chǎn)Olympus-CK40M 金相顯微鏡,SXZ-5-12型箱式電阻爐,DFM-4型電吹風(fēng),4%硝酸酒精溶液,氧化鋁(分子量101.96,WI-60萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī),HBRVU-187.5型硬度計(jì)。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果各試樣的淬火工藝及其力學(xué)性能見(jiàn)表1。亞溫淬火溫度對(duì)強(qiáng)度、硬度的影響見(jiàn)圖1。淬火溫度為760810時(shí),隨淬火溫度升高,鋼的強(qiáng)度、硬度均增加,其原因是鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體,鐵素體亞溫淬火溫度對(duì)45鋼組織性能的影響賀睿,李雷,郭世敬,王錦永(河南理

4、工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,河南焦作454000摘要:研究了亞溫淬火工藝對(duì)45鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響,探討了亞溫淬火條件下,奧氏體晶粒細(xì)化和馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)。結(jié)果表明,在760810,隨淬火溫度升高,45鋼的強(qiáng)度、硬度升高;高于810后,強(qiáng)度、硬度逐漸下降。45鋼亞溫淬火后得到細(xì)小的板條狀馬氏體組織,其原因與奧氏體晶粒細(xì)化及鐵素體存在分布狀態(tài)有關(guān)。關(guān)鍵詞:亞溫淬火;強(qiáng)度;硬度;顯微組織中圖分類號(hào):TG156.31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-3814-(201002-0142-02Effects of Subcritical Quenching Temperature on Micros

5、tructure andProperties of 45SteelHE Rui,LI Lei,GUO Shijing,WANG Jinyong(School of Materials Science &Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454000,China Abstract :The effects of subcritical quenching processes on microstructure and properties of 45steel were studied,and the characteris

6、tic of austenite grain refinement and martensite transformation under subcritical quenching was discussed.The results show that at 760810,the strength and hardness of 45steel increase with the quenching temperature rising.The strength and hardness drop off when the quenching temperature above 810.Th

7、e small lath-like martensite is gotten after subcritical quenching,which is related with austenite grain refinement and the distribution state of ferrite.Key words :subcritical quenching;strength;hardness;microstructure收稿日期:2009-05-18作者簡(jiǎn)介:賀睿(1984-,男,河南南陽(yáng)人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)殒V合金半固態(tài)加工;電話:135*;E-mail:herui19

8、840216142材料熱處理技術(shù)Material &Heat Treatment 下半月出版熱加工工藝2010年第39卷第2期減少,馬氏體含量增加。高于810后,馬氏體含量增加逐步下降;840常規(guī)淬火時(shí),強(qiáng)度、硬度又明顯下降。這是因?yàn)榇藭r(shí)鐵素體完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體,到臨界溫度時(shí),析出了塊狀分布鐵素體。低于常規(guī)淬火溫度(840的亞溫淬火使材料具有很高的強(qiáng)度、硬度值。810左右淬火,鋼的力學(xué)性能達(dá)到峰值,雖然此時(shí)組織中仍殘留有微量未溶鐵素體,但由于鐵素體呈彌散顆粒狀分布,阻止奧氏體組織晶粒長(zhǎng)大,得到細(xì)小的馬氏體組織,彌補(bǔ)了殘留鐵素體帶來(lái)的負(fù)效應(yīng)。3組織分析與討論3.1淬火溫度與奧氏體的晶粒度及

9、形貌不同溫度淬火后的奧氏體晶粒度及形貌如圖2所示?？煽闯?隨淬火溫度升高,原子擴(kuò)散的激活能減小,晶粒長(zhǎng)大的速度增大,奧氏體晶粒開(kāi)始粗化。金相分析顯示,淬火溫度顯著影響奧氏體晶粒度,加熱溫度超過(guò)810后,奧氏體晶粒開(kāi)始粗化,馬氏體板條束尺寸增大,使45鋼的強(qiáng)度、硬度下降。從試驗(yàn)結(jié)果看,45鋼加熱至810時(shí)淬火,具有最佳的強(qiáng)韌性。其原因是,少量殘留的彌散分布的鐵素體阻止了奧氏體晶粒的粗化,獲得了細(xì)小的馬氏體組織,見(jiàn)圖2(c。840加熱屬于常規(guī)淬火,鐵素體全部溶于奧氏體,當(dāng)返回臨界溫度時(shí),鐵素體沿奧氏體晶界塊狀析出,或在奧氏體內(nèi)成堆析出,同時(shí)由于溫度高,導(dǎo)致奧氏體晶粒的粗大,見(jiàn)圖2(d,使得馬氏體組

10、織粗大,降低了45鋼的強(qiáng)度、硬度。3.2淬火溫度與馬氏體含量及形態(tài)圖3為45鋼淬火回火后的金相組織照片。可看表1試樣的淬火工藝及力學(xué)性能Tab.1The quenching process and mechanical propertiesof specimen試樣淬火溫度/回火溫度/硬度值(HRC強(qiáng)度/MPaA176050020.7785.568A277050030.61003.51A378050032.71052.716A479050033.61079.568A580050035.41128.568A681050037.51288.70A783050036.31166.324A884050

11、033.71082.464圖1淬火溫度與45鋼的硬度和強(qiáng)度的關(guān)系曲線Fig.1The relation of hardness,strength andquenching temperature硬度抗拉強(qiáng)度403530252013501201050900750硬度(H R C 抗拉強(qiáng)度/M P a760780800820840淬火溫度/(下轉(zhuǎn)第146頁(yè)143材料熱處理技術(shù)Material &Heat Treatment 2010年1月Hot Working Technology 2010,Vol.39,No.2q 0兩部分,即形成空位的激活能和空位運(yùn)動(dòng)所需的激活能。在Al-4%Cu 合

12、金的固溶處理過(guò)程中加入電脈沖8,能夠?yàn)榭瘴坏男纬商峁┮徊糠帜芰?從而減小q f 值,使空位更易形成;另一方面,電脈沖能夠降低溶質(zhì)原子從一個(gè)位置到另一個(gè)位置克服的能壘q 0。這兩方面的共同作用降低了溶質(zhì)原子的擴(kuò)散激活能,從而加快了溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度,使其在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)就可充分地溶入基體當(dāng)中。Al-4%Cu 合金形成空位的激活能約為0.7eV ,空位運(yùn)動(dòng)激活能為0.5eV ,合計(jì)1.2eV 。如果固溶組織中存在多余空位,則擴(kuò)散激活能只需0.5eV ,而不是1.2eV ,銅原子擴(kuò)散速度由此可提高1010倍,可見(jiàn)過(guò)飽和空位對(duì)時(shí)效動(dòng)力學(xué)影響之大。3結(jié)論(1在Al-4%Cu 合金的固溶處理過(guò)程中,加入

13、電脈沖,可改善Al-4%Cu 合金的時(shí)效組織,使得基體中的析出相更加彌散均勻,沿相界析出的低熔點(diǎn)相明顯減少。(2在脈沖電場(chǎng)作用下,固溶處理溫度保持不變,適當(dāng)縮短Al-4%Cu 合金固溶處理的保溫時(shí)間,可得到相當(dāng)或略優(yōu)于正常固溶處理后得到的組織。本次試驗(yàn)中,保溫6h 即可達(dá)到預(yù)期效果。參考文獻(xiàn):1何樹(shù)先,王俊,周堯和.高密度脈沖電流對(duì)A356鋁合金低溫熔體凝固組織的影響J.金屬學(xué)報(bào),2002,38(5:479-482.2劉興江,王建中,蒼大強(qiáng).電脈沖處理對(duì)純銅再結(jié)晶溫度的影響J.熱加工工藝,2006,35(10:4-6.3張震斌,劉洋,王冰,等.脈沖電場(chǎng)對(duì)Pb-Sn 合金熔體過(guò)冷度變化的影響J.

14、熱加工工藝,2007,36(9:11-13.4曹麗云,王建中,楊曉平,等.非穩(wěn)態(tài)電流對(duì)Q235鋼組織細(xì)化的影響J.熱加工工藝,2001,(5:13-14.5王冰,王建中,曹麗云,等.過(guò)熱度對(duì)電脈沖孕育處理Al-5%Cu 合金凝固組織的影響J.熱加工工藝,2007,36(13:61-63.6劉北興,馮海波,李仁順,等.電場(chǎng)固溶處理對(duì)1420鋁鋰合金組織和性能的影響J.材料科學(xué)與工藝,2000,8(2:21-24.7有色金屬及其熱處理編寫(xiě)組.有色金屬及其熱處理M.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1981.8曹麗云,王建中,劉興江.脈沖電場(chǎng)對(duì)GCr15鋼球化退火組織的影響J.遼寧工學(xué)院院報(bào),2001,26(1

15、1:6-8.(上接第143頁(yè)出,在760840,隨淬火溫度升高,組織中鐵素體含量逐步減少,馬氏體含量逐漸增加。770淬火組織中有較多的鐵素體,見(jiàn)圖3(a,因此鋼的強(qiáng)度、硬度較低,這與文獻(xiàn)2得出的結(jié)論相似。當(dāng)淬火溫度達(dá)到810左右時(shí),組織中鐵素體含量很少,基本全部是馬氏體組織,見(jiàn)圖3(c;當(dāng)淬火溫度達(dá)到840時(shí),鐵素體消失,組織中全部是馬氏體,見(jiàn)圖3(d。770和790都屬于亞溫淬火,淬火后的組織為鐵素體+馬氏體,鐵素體是未溶解完的而殘留的相,一般較細(xì)小且分布均勻。隨淬火溫度的升高,馬氏體組織越來(lái)越明顯,含量也相對(duì)增多,形成的馬氏體為板條狀馬氏體。810淬火時(shí),由于晶粒細(xì)化所提高的強(qiáng)度可以部分彌補(bǔ)由于保留少量鐵素體而引起的強(qiáng)度下降,同時(shí)晶粒細(xì)化又對(duì)韌性有所補(bǔ)益2-3。亞溫淬火比常溫淬火溫度低,熱應(yīng)力、組織應(yīng)力較小,韌性好1,4。金相分析表明,亞溫淬火后的組織為少量的彌散分布鐵素體、細(xì)小殘余奧氏體和細(xì)密的板條狀馬氏體,鐵素體把磷等有害雜質(zhì)包覆在晶粒內(nèi),細(xì)小的殘余奧氏體使裂紋擴(kuò)展變得困難,提高了45鋼的塑性、韌性。4結(jié)論(1經(jīng)亞溫淬火,隨淬火溫度的升高(760840,45鋼的強(qiáng)度、硬度先升后降,在810時(shí)力學(xué)性能最好,超過(guò)810后,強(qiáng)度、硬度逐漸下降。(245鋼韌性的提高主要是由于殘留未溶的鐵素體使奧氏體晶粒長(zhǎng)大受阻,導(dǎo)致基體組織為細(xì)小的板條馬氏體組織。(345鋼亞溫淬火得到極細(xì)