熱處理工藝對(duì)新型貝氏體鋼組織與性能的影響.pdf

1、本文所研究的15Cr2Ni3MoW鋼是一種新型貝氏體鋼，主要用于制作熱軋穿孔頂頭等耐熱模具，其1050℃奧氏體化+300℃等溫淬火后獲得的是粒狀貝氏體組織，但這種組織韌性差，屈強(qiáng)比低，導(dǎo)致用這種鋼制作的穿孔頂頭在使用過程中很容易發(fā)生失效。針對(duì)這一問題，本文對(duì)熱處理后的試驗(yàn)鋼進(jìn)行不同溫度和保溫時(shí)間的回火處理，以期通過合理的回火工藝達(dá)到提高試驗(yàn)鋼韌性和屈服強(qiáng)度的目的。同時(shí)為了對(duì)試驗(yàn)鋼熱處理工藝的制定提供理論依據(jù)，利用Gleeble—1500

2、型熱模擬機(jī)采用膨脹法，并輔以金相法和硬度法首次測(cè)得了試驗(yàn)鋼的CCT曲線。此外，還對(duì)試驗(yàn)鋼進(jìn)行了不同奧氏體化溫度、不同保溫時(shí)間和不同冷卻速度的熱處理。借助光學(xué)金相顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)、顯微硬度計(jì)等手段分析研究了試驗(yàn)鋼熱處理態(tài)、回火態(tài)以及不同熱處理工藝規(guī)范下的組織和力學(xué)性能，利用透射電子顯微鏡(TEM)、能譜儀分析研究了粒狀貝氏體組織隨回火溫度的升高其微觀組織的變化以及析出的碳化物的成分。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果

3、分析討論了試驗(yàn)鋼回火時(shí)出現(xiàn)明顯強(qiáng)韌化和回火脆性的原因。通過研究，得到以下結(jié)論： 首次測(cè)得了試驗(yàn)鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)曲線。CCT曲線上在高溫區(qū)無相轉(zhuǎn)變發(fā)生，沒有先共析鐵素體析出或珠光體生成，其原因可能與眾多合金元素的加入使得高溫區(qū)相轉(zhuǎn)變的“C”曲線被嚴(yán)重右移有關(guān)。當(dāng)冷卻速度不大于70℃/min時(shí)可以獲得全貝氏體組織，冷速在70℃/min～160℃/min之間是馬氏體+貝氏體的混合組織，冷速大于160~C/min全部是馬氏體組

4、織。在全貝氏體的冷卻速度范圍內(nèi)組織的硬度相差不大。 試驗(yàn)鋼以不同的熱處理工藝規(guī)范處理后獲得的組織主要是條形粒狀貝氏體，但在冷速緩慢(爐冷)奧氏體化溫度較高(≥1100℃)時(shí)獲得的是一種粒狀組織：M/A島狀組織呈粒狀分布在塊形貝氏體鐵素體基體上。這種組織具有較低的強(qiáng)度、塑性和很差的沖擊韌性，因此應(yīng)與粒狀貝氏體組織加以區(qū)分。在各個(gè)奧氏體化溫度下空冷試樣具有最好的強(qiáng)韌性，埋砂冷次之，爐冷最差。尤其是在1200℃奧氏體化爐冷時(shí)試驗(yàn)鋼的強(qiáng)

5、韌性急劇降低，這可能與在較高溫度奧氏體化時(shí)鋼中的硫、磷化物沿奧氏體晶界析出弱化晶界以及試驗(yàn)鋼在高溫區(qū)停留時(shí)間長(zhǎng)奧氏體晶粒長(zhǎng)大更為充分，晶粒更為粗大有關(guān)。 試驗(yàn)鋼經(jīng)1050℃奧氏體化+300℃等溫淬火熱處理后組織為條形粒狀貝氏體，該組織的韌性差，屈強(qiáng)比低。但當(dāng)在350℃回火3h后可以使15Cr2Ni3MoW鋼得到最佳的綜合性能，達(dá)到了通過回火提高試驗(yàn)鋼韌性和屈服強(qiáng)度的目的，滿足了工廠對(duì)試驗(yàn)鋼性能的要求，此時(shí)試驗(yàn)鋼的抗拉強(qiáng)度σ<,b

6、>=1167MPa，屈服強(qiáng)度σ<,0.2>=988MPa，斷面收縮率ψ和延伸率6分別為36.1和15.8，沖擊韌性為57．7.J／cm<'2>，屈強(qiáng)比為0.85。試驗(yàn)鋼在350℃附近回火可以得到明顯的強(qiáng)韌化，其機(jī)理為：其一，回火時(shí)BF條內(nèi)析出的彌散的細(xì)針狀碳化物能有效地釘扎位錯(cuò)，強(qiáng)烈阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高了試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度；其二，回火時(shí)殘余奧氏體(A<,R>)的轉(zhuǎn)變往往從低碳區(qū)開始，使剩余殘余奧氏體的碳濃度升高而趨于穩(wěn)定，并且由透射電鏡觀

7、察發(fā)現(xiàn)存在大量的穩(wěn)定的M／A島，而穩(wěn)定的A<,R>對(duì)裂紋的擴(kuò)展起阻礙作用，因而提高了試驗(yàn)鋼的韌性。這兩方面的綜合作用使得試驗(yàn)鋼得到明顯的強(qiáng)韌化。試驗(yàn)鋼在500℃～550℃之間回火時(shí)出現(xiàn)了回火脆性。造成回火脆性的原因是M／A島分解析出的碳化物沿BF條邊界分布形成類似于脆性上貝氏體的組織，同時(shí)原奧氏體晶界處的M／A島分解析出的大量碳化物沿奧氏體晶界連續(xù)分布，這種BF邊界和奧氏體晶界處的碳化物既是裂紋形核位置，又是容易開裂的途徑，因而大大降低