淬火對60Si2Mn組織及力學(xué)性能的影響_圖文

1、2010年11月材料熱處理技術(shù)Material&Heat Treatment隨著工模具市場的蓬勃發(fā)展,世界各國研發(fā)了多種多樣的工模具新材料和新技術(shù),而復(fù)合工模具材料以其優(yōu)越的綜合性能和低廉的價(jià)格,備受廣大研究者及生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注。復(fù)合冷作模具鋼是將耐磨的冷作模具鋼(如高Cr鋼、高速鋼等軋成薄板,然后與耐沖擊的鋼焊接成復(fù)合冷作模具鋼,從而延長模具的使用壽命,并降低成本。因此,對復(fù)合冷作模具鋼的基材有以下幾點(diǎn)要求:首先,基材要有足夠的淬透性;另外,基材的熱處理工藝能與刃口處冷作模具鋼(如高Cr鋼、高速鋼等的熱處理工藝相配合,并且基材在熱處理后要有足夠的硬度,以免在模具沖擊過程中發(fā)生堆塌現(xiàn)象;當(dāng)

2、然,為了降低模具成本,基材應(yīng)選擇價(jià)格便宜的鋼材。中碳結(jié)構(gòu)鋼60Si2Mn由于具有較高的強(qiáng)度和良好的塑韌性,早在20世紀(jì)80年代就被用于代替Cr12、Cr12MoV等模具鋼,制造中小型冷沖(鐓模具,并已得到工業(yè)應(yīng)用。因此,60Si2Mn作為復(fù)合模具鋼的基材是不錯(cuò)的選擇,60Si2Mn屬于中碳結(jié)構(gòu)鋼,其傳統(tǒng)的熱處理工藝為完全淬火+高溫回火,淬火后組織為板條馬氏體與片狀馬氏體的混合。而復(fù)合冷作模具鋼刃口處所要選用的高Cr鋼或高速鋼的淬火溫度都要高于1000,因此為了使基材的熱處理工藝能與刃口處冷作模具鋼的熱處理工藝相配合,有必要進(jìn)一步具體研究60Si2Mn的高溫淬火。而中碳鋼經(jīng)高溫淬火后,會(huì)在光學(xué)金

3、相組織中出現(xiàn)相互平行、成束的板條馬氏體1-5,由此可以認(rèn)為高溫淬火可以促進(jìn)中碳鋼獲得板條馬氏體6-9。板條馬氏體的獲得可以有效改善60Si2Mn鋼的強(qiáng)韌性。本文設(shè)計(jì)了幾種簡單的高溫淬火熱處理工藝,淬火對60Si2Mn組織及力學(xué)性能的影響潘金芝,任瑞銘,郭立波,戚正風(fēng)(大連交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧大連116028摘要:采用拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)和顯微組織分析等方法研究了淬火溫度對復(fù)合模具鋼基材60Si2Mn 組織及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:150低溫回火時(shí),隨淬火溫度的升高,各項(xiàng)力學(xué)性能都有所提高,當(dāng)與高碳高鉻鋼復(fù)合時(shí),可采用低淬+低回的熱處理工藝,即1050淬火+150回火;55

4、0高溫回火時(shí),隨淬火溫度的升高,雖然韌性略有下降,但硬度與抗拉強(qiáng)度逐漸升高,當(dāng)與高速鋼等復(fù)合時(shí),可采用高淬+高回的熱處理工藝,即1150淬火+ 550回火。關(guān)鍵詞:復(fù)合模具鋼;60Si2Mn;高溫淬火中圖分類號(hào):TG156.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-3814(201022-0146-03Effect of Quenching on Microstructure and MechanicalProperties of60Si2Mn SteelPAN Jinzhi,REN Ruiming,GUO Libo,QI Zhengfeng(School of Material Science a

5、nd Engineering,Dalian Jiaotong University,Dalian116028,China Abstract:The effects of quenching temperature on microstructure and mechanical properties of composite tool steel substrate60Si2Mn were studied by tensile test,impact test,hardness test and microstructure analysis.The results show that the

6、 mechanical properties of60Si2Mn steel are improved with the increase of the quenching temperature after tempering at 150,the process of low-temperature quenching and tempering(quenching at1050and tempering at150can be used when it combines with high-carbon high-chromium steel.Although the toughness

7、 of60Si2Mn decreases slightly,the hardness and tensile strength gradually increases with the increase of quenching temperature after tempering at550,the process of high-temperature quenching and tempering(quenching at1150and tempering at550can be used when it combines with high-speed steel.Key words

8、:composite tool steel;60Si2Mn;high-temperature quenching收稿日期:2010-05-10基金項(xiàng)目:大連市計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2006A10GX053作者簡介:潘金芝(1980-,女,黑龍江望奎人,博士,主要從事復(fù)合工模具材料的研究;電話:138*;E-mail:jinzhip146Hot Working Technology2010,Vol.39,No.22材料熱處理技術(shù)Material&Heat Treatment下半月出版研究高溫淬火對60Si2Mn鋼組織和性能的影響。1實(shí)驗(yàn)材料及方法實(shí)驗(yàn)所用60Si2Mn鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),

9、%為:0.57C,0.14Cr,1.64Si,0.73Mn,0.03Ni,0.16Cu,0.026P, 0.01S,余為Fe。淬火為鹽浴加熱油冷,加熱溫度分別為870、1000、1050、1100和1150,回火溫度分別為150和550。用準(zhǔn)8mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣在WE-300型液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)上測定室溫拉伸性能;用標(biāo)準(zhǔn)的U型缺口試樣在JB-300B300/150型擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上測定常溫沖擊韌度值;用HR-150A型洛氏硬度計(jì)檢測硬度;用Olympus(BX51M金相顯微鏡觀察金相組織。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2.1不同淬火溫度下的金相組織圖1是60Si2Mn鋼不同溫度淬火后的金相

10、組織。可見,870淬火后的金相組織大部分為片狀馬氏體,局部區(qū)域?yàn)榘鍡l馬氏體,見圖1(a;隨淬火溫度的升高,片狀馬氏體越來越少,板條馬氏體則越來越多。但隨淬火溫度的升高,奧氏體晶粒也明顯長大,所形成的板條馬氏體板束的尺寸也逐漸長大,同時(shí),殘余奧氏體量也隨淬火溫度升高而增多,870淬火時(shí),殘余奧氏體呈塊狀,分布在板條馬氏體之間,當(dāng)溫度達(dá)到1000時(shí),已明顯地形成條狀殘余奧氏體并沿著板條馬氏體分布。另外,由于奧氏體合金化程度也隨淬火溫度的升高而有所提高,它對性能的改善也會(huì)起到一定的作用。完全淬火時(shí),因奧氏體化溫度低,化學(xué)成分不均勻,會(huì)使相鄰馬氏體單元的取向關(guān)系復(fù)雜化、馬氏體單元的片狀外形不完整和不規(guī)

11、則,但按孿晶機(jī)制形核和長大是中碳鋼馬氏體相變的自然需要,因?yàn)樗芴峁┳钚〉男魏斯秃碎L大功。而高溫淬火使化學(xué)成分均勻、晶體缺陷減少,促進(jìn)奧氏體出現(xiàn)較規(guī)則的晶格區(qū)域稍大時(shí),形成的板條馬氏體就會(huì)清晰地顯露出來。圖2是不同溫度淬火、150回火后60Si2Mn 鋼的亞結(jié)構(gòu)?？梢?870淬火,60Si2Mn鋼的亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)與孿晶混合,而升高淬火溫度后孿晶消失,亞結(jié)構(gòu)全部為位錯(cuò),這與金相組織的分析結(jié)果相符。2.2不同淬火溫度下的力學(xué)性能圖3是不同淬、回火溫度下60Si2Mn鋼的力學(xué)性能。可見,適當(dāng)升高淬火溫度有利于提高60Si2Mn鋼的強(qiáng)韌性。雖然淬火溫度升高帶來晶粒長大的不利因素,但由于較高溫度淬火后殘

12、余奧氏體量增多,淬火組織中板條馬氏體相對含量增大,產(chǎn)生強(qiáng)韌化效果。150低溫回火時(shí),隨淬火溫度的升高,各項(xiàng)力500nm200nm圖2淬火溫度對60Si2Mn鋼亞結(jié)構(gòu)的影響(150回火 Fig.2Effect of quenching temperature on sub-structure of60Si2Mn steel(tempered at150 (b1150(a870147熱加工工藝2010年第39卷第22期Hot Working Technology 2010,Vol.39,No.222010年11月材料熱處理技術(shù)Material &Heat Treatment(上接第145頁

13、參考文獻(xiàn):1陸延昌.大力發(fā)展超臨界壓力機(jī)組優(yōu)化火電結(jié)構(gòu)J.中國電力,2000,33(1:1-5.2Maruyama Kouichi ,SawadaKota ,Koike Jun-ichi .Strengthening mechanismsofcreepresistanttemperedmartensitic steel J.ISIJ Int ,2001,41(6:641-653.3于君燕,殷鳳仕,周麗,等.Fe-0.06C-12Cr-1.9W-0.5Mo-3.0Co-VNbN 耐熱鋼的顯微組織分析J.山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版,2008,22(5:22-25.4于君燕,殷鳳仕,姜學(xué)波,等.長

14、期時(shí)效對高鉻耐熱鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響J.熱加工工藝,2008,37(18:11-13.150回火學(xué)性能都有所提高。當(dāng)其與高碳高鉻鋼復(fù)合時(shí),可采用低淬+低回的熱處理工藝,即1050淬火+150回火,此時(shí)所獲得的各項(xiàng)力學(xué)性能都高于采用傳統(tǒng)熱處理工藝所獲得的力學(xué)性能,其硬度甚至不低于常用的冷作模具鋼Cr12MoV 的硬度。550高溫回火時(shí),隨淬火溫度的升高,硬度與抗拉強(qiáng)度逐漸升高,韌性有所下降,當(dāng)其與高速鋼等復(fù)合時(shí),可采用高淬+高回的熱處理工藝,即1150淬火+550回火,此熱處理工藝可以保證高速鋼具有滿足復(fù)合模具鋼使用要求的各項(xiàng)力學(xué)性能,60Si2Mn 鋼韌性雖然比采用傳統(tǒng)熱處理工藝時(shí)降低了

15、,但也可以滿足復(fù)合模具鋼的使用要求。3結(jié)論(1150低溫回火時(shí),60Si2Mn 鋼隨淬火溫度的升高,各項(xiàng)力學(xué)性能都有所提高,當(dāng)其與高碳高鉻鋼復(fù)合時(shí),可采用低淬+低回(1050淬火+150回火的熱處理工藝。(2550高溫回火時(shí),60Si2Mn 鋼隨淬火溫度的升高,雖然韌性略有下降,但硬度與抗拉強(qiáng)度逐漸升高,當(dāng)其與高速鋼等復(fù)合時(shí),可采用高淬+高回(1150淬火+550回火的熱處理工藝。參考文獻(xiàn):1Krauss G .Martensite in steel :strength and structureJ.Mater.Sci.Eng.,1999,A273-275:40.2Krauss G ,Mard

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