3Cr2W8v钢超细化的研究

钢超细化的研究席聚奎杨蕴林康布熙文九巴杨院生提要通过快速加热循环浮火法对钢进行了一系列相变超细化的试验,证明该钢经℃快速加热循环淬火次以上即有明显细化晶粒的效果,可使其热轧退火态下的级晶粗度细化到级以上其中通过℃快速加热次可使晶粒度细化到级以上。在快速加热循环淬火之前,增加一次。℃的固溶处理,还可使钢中的碳化物进一步得到细化。但固浓处理的温度接近或超过℃时,则会引起钢的晶粒显著粗化,而对随后的循环淬火组织产生遗传性。经过次快速加热循环淬火,而后再经正常淬火回火后,钢的强度极限可有显著提高,而冲击韧性毫不降低。一、前、通目钢的奥氏体晶粒细化至级以上谓之超细化。钢中奥氏体晶粒的超细化是钢强韧化的重要途径之一。近年来已有大量的文献和专著〔〕报道。自从年··〔,〕提出“快速加热循环淬火法,,以来,它很快便引起了国际上的普遍重视,公认为是钢的晶粒超细化的一种有效方法。尤其是自年代后期及年代广泛开展金属超塑性的研究工作以来,它又成了实现钢的超塑化处理的重要手段之一。近年来我国也曾有不少文章报道利用这种方法在各种结构钢和工模具钢上获得超细化的试验结果〔一〕。钢的快速加热循环淬火超细化方法,即将钢快速加热至临界点或以上淬火,一般通过一次这样的反复循环,便可使钢的奥氏体晶粒细化到一级以上,对于过共析工模具钢同时还可使其碳化物得到一定的细化。因此,通过快速加热循环淬火法可以显著提高钢的强度和韧性。鉴于钢在工业上是一种广泛使用的热作模具钢,而由其制作的模具往往不是因淬火硬度较高而发生早期的断裂,就是因淬火硬度较低而引起局部塌陷或磨损,常常寿命不长。如能使该钢的奥氏体晶粒和碳化物得到超细化,必将会提高钢的强韧性,使模具的寿命延长。为此我们对该钢进行了快速加热循环淬火法试验,果然间使该钢的晶粒度细化到了一级以上,即卜以下,碳化物也得到了一定的细化,达协左右。再经正常淬火后,钢的强度极限在时,高达二左右,而冲击韧性仍保持在以上,二、试验方法及结果试验用钢热轧退火态棒料,中。主要化学成分是,子、,。,,,。原始金相组织见图一,为铁素体加碳化物,碳化物包含。及。。两种类型〔〕,经定量金相测定,其碳化物总含量为体积分数。原结晶粒度为级,晶粒平均直径约卜。图钢热轧退火态的原始组织、晶粒度及碳化物。的电镜照片钢属过共析钢〔的,它与亚共析结构钢不同,它的组织超细化问题,除了奥氏体晶粒以外,尚有碳化物的超细化问题,所以,根据文献〔〕经验,我们试验分两步进行,其一是首先通过固溶处理使其碳化物尺寸达到超细化,而后第二步才是通过快速加热循环淬火法超细化其奥氏体晶粒度。碳化物尺寸的超细化一固落处理过共析钢中的碳化物常是钢中裂纹产生的主要发源处,故其尺寸愈细,外形愈圆,钢的机械性能尤其是塑性、韧性和疲劳极限便会愈高。细化过共析钢中碳化物的有效办法是,或者通过充分锻造或形变热处理方法,或者是首先通过高于温度的加热使其·充分溶解于奥氏体,而后再使其在淬火后的回火过程中从低温开始析出从而得以细化。我们鉴于所用钢的原材料热乳尺寸较小,原始晶粒度及碳化物尺寸与球化均较良好,故仅采用固溶处理的办法使其碳化物的尺寸能达到进一步的超细化。钢的。值卜一般资料均认为在。七,故我们采用拟位川。试样在一型高温箱式电炉中以班、注及。℃等温度进行了保温分钟的加热油淬的固溶处理试验。试验发现,虽然固溶温度愈高,碳化物便溶解愈多,但即使加热至℃固溶处理后,亦不能使碳化物全部溶解,仍残留有少量的碳化物、而且一旦固溶处理温度韧。。℃,钢的奥氏体晶粒度便极易迅速粗化,对随后的循环淬火带来粗大晶粒的组织遗传性,难以消除。如图所示,为银经℃,固溶图钢在℃固溶处理及随后经℃一次和二‘次。循环淬火时的组织遗传性和晶粒边界效应的照片处理及随后再在℃循环淬火后的粗大晶粒及其组织遗传性的显微组织照片,具有明显的“晶粒边界效应”〔〕。试验证明,随后经二次循环淬火尚不能完全消失其粗化的晶粒,经次循环淬火后才能全部得到细化。由此可见,固溶处理不宜一味追求碳化物的全部溶解,仍应限制在常规淬火温度如℃为宜。奥氏体较的超细化一一快速加热佑环淬火如上所述,钢中奥氏体晶粒的超细化,除形变热处理以外,最有效的方法就是快速据文肤〔〕载,娜至℃固溶处理方可使破化物全部洛解。加热循环淬火法。其细化晶粒的效果与钢的成分、原始组织、加热速度与温度、循环淬火次数等因素有关。在其它条件相同情况下,一般加热速度愈快、奥氏体化温度愈低、循环淬火次数愈多,晶粒便愈细。因为在此情况下,不仅加热速度的增加可增加奥氏体的形核率,奥氏体化温度的降低,可使奥氏体的晶粒来不及长大,而且在淬火态下的快速加热还可使奥氏体在马氏体的束界及块界处也发生形核〔〕,故每循环加热淬火一次,奥氏体的晶粒便可得到一次细化。但至一定循环次数之后,由于奥氏体晶粒的细化终会与其长大的倾向趋于平衡,故再次增加循环,其细化的效果便不明显了。快速加热循环淬火法,对亚共析结构钢的加热温度应刚刚达到奥氏体化的温度对过共析工模具钢则应刚刚达到其奥氏体化的。温度。钢的“温度,文献中论述不一〔〕,有,、℃、℃、℃、℃及℃等多种数据。为此,我们在快速加热循环淬火试验以前,曾首先对该钢用热膨胀分析法进行了其,的测定。热膨胀曲线是在机械式热膨胀仪上测定的,所得曲线如图所示。结合金相法测得该钢。,一℃。厂厂树争丫以二过过对只户子门减厂淤。水对局尸一一了了沂魂影户丫净介幼娜落厂’’月净叫一,脚卜例尸人人了了了」日!∀了了厂厂!厂!二二五图钢的热膨胀曲线钢快速加热循环淬火试验是采用小试样在盐浴炉中加热、在油中淬火的方法进行的。加热保温时间按分毫米计算。在每次循环淬火之后,均进行一次℃产的低温回火,·以降低其淬火应力,在最终循环淬火后,均进行一次℃产的回火,似稳定组织。试验主要进行了如下三方面的工作为考察淬火加热温度对晶粒细化的影响,我们分别将该钢加热至、、。、、及℃进行二次循环淬火。因为该钢原材料截面较小,晶粒和碳化物尺寸本来就都比较细,所以试验都是在原始热轧退火状态下开始进行的。为考察循环淬火次数对晶粒细化的影响,我们将该钢原始热轧退火状态的试样加热至℃后,分别进行了一次的循环淬火。为了考察循环淬火前细化碳化物的固溶处理对随后循环淬火效果的影响,我们将该钢分别在n叨、1120、115住及1160℃时进行淬火并经7叻℃x60,回火后,再在匀50℃进行了2次循环淬火。试验在循环淬火后的金相分析是在普通光学显微镜下进行的,奥氏体晶粒度是采用苦味酸饱和水溶液加微量洗涤剂以反复抛光浸蚀的方法显示、应用定量金相上的线分法与一般的比较法相结合进行测量的,碳化物是采用Berahu试剂显示的。‘金相分析的结果见表1,奥氏体晶粒及碳化物的显微照片见图4及图5。淬火加热温度、循环淬火次数及固溶处理温度的影响分述如下:(“)吟环淬火加热温度对奥氏体晶粒细化的影响在循环淬火次数相同(均为2次)的条件下,循环淬火加热温度对奥氏体晶粒细化的影响,可根据表1中数据整理如图6所示。由图可见,·随着淬火温度的升高,只要接近于A“1温度的上限,丫晶粒即可明显开始细化。在加热温度)A“、上限以后,丫晶粒均可细化到14级以上,即晶粒的平均尺寸可细化到2.5件m以下。Y晶粒度与加热温度之间表1试验及金相分析数据一一~一气~~~~~~一~一一一~一下-~~~一~~~~-~~~尸~~~~-试样编号试样处理工艺Y晶粒的平均尺寸(件rn)丫户晶粒度‘(级)碳化物的分析001原样组织(热轧退火态)7。1碳化物分大小两类,大的0.45~0.64卜m小的《0。2卜m805原始组织900℃循环淬火2次原始组织950℃循环淬火2次原始组织1000℃循环淬火2次原始组织1050℃循环淬火2次原始组织11。。℃循环淬火2次“·41‘48062.0,14~158021.615~168072。11415随循环淬火温度增高,大颗粒碳化物尺寸减小,数量减少,弥散均匀程度增加2。314~159008091000808原始组织950℃循环淬火1次原始组织95。℃循环淬火2次原始组织950℃循环淬火3次原始组织950℃循环淬火4次原始组织950℃循环淬火5次原始组织950℃循环淬火6次110。℃固熔950℃循环淬火2次112。℃固熔950℃循环淬火2次115。℃固熔950℃循环淬火2次1160℃固熔950℃循环淬火2次3。62.014~152。014~15随淬火次数的增加,碳化物的尺寸及分布变化同上2。114~15222。000111。666222一000222。33315tw1414tw151上一,l一内七一月才一八O一no一J任n“Ž一n.一n”一n.一nŽ一0一n.八O一O口一00一,‘一‘.占一n月一OU151614~15随固溶温度升高,碳化物弥细程度增大。14ro1514~15拉瓜..落‘砚J.‘‘l!1..万叼J-曰乎均备万.r‘盖派尺‘翎杆卜.奋.稼六益石茹布旨寸均林幸火遇度图6循环淬火加热温度对丫晶粒度的影响呈一极值曲线关系,在加热温度为1000℃时,可得最大细化效果,晶粒度可达15级以上,晶粒的平均尺寸达1.6件m。因为,当加热温度接近于Ac:上限时,未转变铁素体的含量已微乎其微,奥氏体化已接近完全,所以便看到了晶粒细化的效果。随着温度的升高,至1000℃左右时,不仅丫的形核率有所增加,而且尚有一定量碳化物未能溶解,起一定的阻碍晶粒长大的作用,故可使丫晶粒的形核与长大倾向达到平衡,得到最细的晶粒。而加热温度再高,一旦碳化物溶解过多之后,不仅会减少丫的形核数目,而且它阻碍丫晶粒长大的作用也会减弱,长大的倾向也随温度的升高而增大。因此,反而又得不到更好的细化效果。(b)循环淬火次数对丫晶粒细化的影响在循环淬火加热温度固定为950℃时,循环淬火次数对Y晶粒细化的影响,从表1数据整理得如图了所示曲线。从该曲线看出,该钢经2次循环淬火便可把丫晶粒细化到14级以上,晶粒平均尺寸达2件m。再增加循环淬火的次数。并不能获得更大细化的效果,可能此时丫晶粒的细化与长大倾向已达到了平衡,即循环淬火次数愈多,晶粒细化的效果便愈大;而晶粒愈细,其长大倾向也愈大,故在一定次数循环淬火之后,二者便会达到平衡相持的细化饱和程度。但从金相组织分析,淬火次数的增加,虽然丫晶粒不再进一I.o汀1..材y.朋扭平心材万一材又.才毛,+了‘次物.c摘:,’凉大义从图了加热温度为95。℃时循环次数对Y晶粒细化的影响3了步的细化,而丫晶位的均匀性还是继续有所改善的。所以我们认为,循环淬火的次数可以取为3~4次。为考虑经济效益,以及作为产品随后还要进行一次最终的热处理,故循环淬火次数取2一3次便足可达到目的。(。)不同温度固溶处理对循环淬火效果的影响如前所述,循环淬火主要是细化丫晶粒。为了细化碳化物,在循环淬火前先进行一次固溶处理,但应注意的是,固溶处理的温度不可过高,一旦接近于1200℃,会引起Y晶粒迅速长大,且还会发生组织遗传性,在以后循环淬火中便难以细化。故我们仅进行了在1100~116。℃的固溶处理,观察它对以后循环淬火的影响。从表1试验结果看出,从11Q尹℃到1160℃不论在什么温度进行固溶处理,随后循环淬火的晶粒都是很细的,似乎差别不大。然若仔细分析,则看出有这样的倾向,即固溶处理温度越低,后续的循环淬火的丫晶粒便愈细。如1100℃固溶处理并循环淬火后,丫晶粒达15级以上,即晶粒平均尺寸达1.6件m。而固溶处理温度越高,则循环淬火后的碳化物便越细。如图5显微组织照片所示。3.3CrZwsv钢快速加热擂环淬火后的机械性能我们做了两组试验,一组是在1000℃循环淬火三次,而后在560℃x90尹及620℃X90产进行两次回火的强度与冲击韧性的测试;一组是在1000℃循环淬火两次而后再正常淬火回火与单纯正常淬火回火的强度和冲击韧性的比较。正常淬火回火的工艺是1150℃淬火而后再600℃x90产及650℃义90产两次回火。拉伸试验用小5x25mm拉伸试样,冲击试验用10x10又25mm梅氏试样。试验结果见表2。表23crZwsv钢经快速加热循环淬火后的机械性能热处理工艺HRCa、、kgf/mm:a‘,kgm/em‘