45钢晶粒的细化工艺

发表时间:2019/8/15   来源:《信息技术时代》2018年12期   作者:尹金枝 罗秀艳 李喜月 张伟
[导读] 材料组织的细化处理是同时提高材料强度和韧性最为有效途径。细晶钢能改善并提高钢材低温脆断能力。细化晶粒已成为非常重要的强韧化手段,通过细化奥氏体晶粒从而细化马氏体束尺寸,从而提高钢的强度和韧性,还可以改善钢的耐延迟断裂性能和抗疲劳性能;随着超细晶粒或超细组织的形成,屈服强度大幅度提高,细晶技术已是提高材料强韧性的首选途径。

(华北理工大学迁安学院,河北 迁安 064400

摘要:材料组织的细化处理是同时提高材料强度和韧性最为有效途径。细晶钢能改善并提高钢材低温脆断能力。细化晶粒已成为非常重要的强韧化手段,通过细化奥氏体晶粒从而细化马氏体束尺寸,从而提高钢的强度和韧性,还可以改善钢的耐延迟断裂性能和抗疲劳性能;随着超细晶粒或超细组织的形成,屈服强度大幅度提高,细晶技术已是提高材料强韧性的首选途径。

关键词:细化晶粒;韧性;金属内部组织

 


引言

随着我国社会和经济的发展,对钢铁材料的需求不断增长,这就带来了环境污染、能源枯竭、资源匮乏等一系列问题,只有研究和开发新一代的高性能钢铁材料才能更好地促进我国执行可持续发展战略。研究表明,高性能钢铁材料的主要指标为强度和韧性,而细化晶粒是同时提高材料的强度和韧性的唯一方法[1]

我国研究“新一代钢铁材料”项目的材料科学工作者通过大量的研究,总结新一代钢铁材料的特征是超细晶、高洁净、高均匀,其中核心技术是超细晶[2]

1 实验材料

试验材料为试验用45钢,状态为轧制态,试样尺寸为20×15×15mm

45钢调质硬度在HRC20-HRC30之间。

45钢淬火硬度在HRC55-58之间,极限值可达HRC62

45钢为优质碳素结构用钢,硬度不高易切削加工,模具中常用来做模板,梢子,导柱等,但须热处理。

2 实验方案

实验方案为正火后淬火再回火,实验参数如下表所示。

1 正火参数

热处理项目

加热温度(℃)

保温时间(min

冷却方式

正火

840~860

30

出炉冷却

2 淬火参数

热处理项目

加热温度(℃)

保温时间(min

冷却方式

淬火

760~780

15

冰水和油

3 回火参数

热处理项目

加热温度(℃)

保温时间(min

冷却方式

回火

400~460

25

空冷

3 热处理实验后显微组织分析

a 600×             b空冷600×

c淬火、冰冷600×       d淬火、油冷600×

e冰淬、回火600×              f油淬、回火600×

1 显微组织图600

a图基体为铁素体和珠光体,呈现网状分布。铁素体沿着奥氏体晶界呈现网络状态分布,大片状珠光体的体积分数约占总体的积分数的60%,由此可推算出W(C) 45%

b图的珠光体及呈网络状分布的铁素体(白色部分),晶粒细小。由于冷却速度稍快,组织中的珠光体量相对较多,且片层较细密,故性能有所改善,细化了晶粒,改善了组织,消除了残余应力。正火后得到的显微组织状态比较理想,说明所施行的热处理工艺对消除带状均匀组织,细化晶粒是比较有效的。

c图为770℃淬火后冰冷后的显微组织图。从图可看出冰水的淬火获得的晶粒要比水淬火的晶粒要细小和均匀。冰水冷却会快速的将加热后的得到的体积较大的马氏体快速淬碎,马氏体硬度、强度高,同时晶粒更加均匀工件性能就更好,但是过低温度会使材料出现脆裂现象[3]

d图为770℃淬火后油冷的显微组织图。油淬后组织为针状马氏体加少量珠光体图中阴影部分为奥氏体,阴影部分的边线为晶界。由图可得,45钢冰淬后的晶粒比油淬后晶粒组织更加致密均匀。

e图为冰淬后450℃回火后空冷。钢经淬火后得到的马氏体组织硬而脆,并且工件内部存在很大的内应力,如果直接进行磨削加工往往会出现龟裂;一些精密的零件在使用过程中将会由于变形引起尺寸变化而失去精度,甚至开裂[4]。因此钢淬火后必须进行回火处理。不同的回火工艺可以使钢获得所需的性能。

f图为油淬后450℃回火后空冷。结构区分不十分明显,可能是由于热处理时未达到淬透要求致使过冷奥氏体转变不彻底所造成。试验中,钢淬火加热后,因为油的冷却速度较慢,使奥氏体转变为珠光体而得不到需要的马氏体组织。

3 总结

通过正火、淬火、中文回火等热处理工艺、改变了45钢的内部组织,从而改变其力学性能,使工件具有良好的综合机械性能和切削加工性能,不仅改善了表面耐磨性,而且工件中心部分也得到了较高的韧性,满足使用要求。

细化晶粒的关键在于细化奥氏体晶粒。同等淬火工艺下,奥氏体晶粒越细小室温下组织也越细小,所以,在强度提高的同时,比同样结构的较大组织的塑性和韧性高。因此,钢的综合机械性能得到了改善。

参考文献

[1]王从曾主编.材料性能学[M].北京:北京工业大学出版社.2005.

[2]刘智恩主编.材料科学基础[M].西安:西北工业大学出版社.2003.

[3]雷廷权 傅家骐.热处理工艺方法500[M].北京:机械工业出版社.1998.

[4]李松瑞 周善初编.金属热处理[M].长沙:中南大学出版社.2003.



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