王飛宇,王全振,杜 凱,鄒 鵬
(沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司,沈陽 １１０８６９)
摘 要:首先對１２Cr１３鋼鍛件進(jìn)行了不同工藝的預(yù)熱處理,分析了預(yù)熱處理后材料的顯微組織及硬度;然后對預(yù)熱處理后的試樣進(jìn)行了最終熱處理,并對１２Cr１３鋼的預(yù)熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化.結(jié)果表明:經(jīng)過７９０ ℃×２h正火預(yù)熱處理后材料的硬度適合機(jī)加工,且最終熱處理后的力學(xué)性能符合設(shè)計要求;１２Cr１３鋼鍛件選取該預(yù)熱處理工藝用于生產(chǎn),可以達(dá)到節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率的目的.
關(guān)鍵詞:１２Cr１３鋼;預(yù)熱處理;工藝參數(shù);力學(xué)性能;顯微組織
中圖分類號:TG１６１;TG１４２．７１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１７)０６Ｇ０４２８Ｇ０３
OptimizationofPreＧheatTreatmentProcessParametersof１２Cr１３Steel
WANGFeiyu,WANGQuanzhen,DUKai,ZOUPeng
(ShenyangBlowerWorksGroup,Shenyang１１０８６９,China)
Abstract: Firstly,the １２Cr１３ steel forgings were preＧheated under different processes,and the
microstructureandhardnessafterpreＧheattreatmentwereanalyzed．Then,thefinalheattreatmentwascarriedout
tothepreＧheatedsamples,andthepreＧheattreatmentprocessparametersofthe１２Cr１３steelwereoptimized．The
resultsshowthatthehardnessofthesteelafter７９０ ℃×２hnormalizationtreatmentwassuitableformachining,
andthemechanicalpropertiesofthesteelafterfinalheattreatmentmetthedesignrequirements．AdoptingthispreＧ
heattreatmentprocesstotreat１２Cr１steelforgingscouldsaveenergyandincreaseproductionefficiency．
Keywords:１２Cr１３steel;perheattreatment;processparameter;mechanicalproperty;microstructure
１２Cr１３鋼屬于馬氏體型不銹鋼,具有較高的淬透性[１],經(jīng)淬火、回火后具有較高的強(qiáng)度、韌性,良好的耐蝕性和機(jī)加工性能,一般用于制造要求強(qiáng)度、塑性及韌性配合較好的零部件[２].某公司生產(chǎn)的該鋼主要用于制造壓縮機(jī)葉輪、轉(zhuǎn)子等零部件.
在生產(chǎn) 過 程 中,鍛 件 進(jìn) 廠 的 １２Cr１３ 不 銹 鋼,其硬度高、組織不均勻,不利于機(jī)加工及后續(xù)熱處理,所以在實 際 生 產(chǎn) 過 程 中 均 會 對 鍛 造 狀 態(tài) 的 毛坯料進(jìn)行預(yù)熱處理.預(yù)熱處理的作用主要是降低材料硬度,均勻化鍛后組織,方便后續(xù)機(jī)械加工以及提高最 終 熱 處 理 產(chǎn) 品 的 合 格 率.為 此,筆 者 對１２Cr１３鋼的預(yù)熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,以供生產(chǎn)實踐參考.
１ 試樣制備與試驗方法
１．１ 試樣制備
試驗材料為國內(nèi)某鋼廠生產(chǎn)的１２Cr１３鋼鍛造毛坯,其化學(xué)成分見表１.
將 毛 坯 鍛 件 切 成 １８ 個 試 樣,分 成 ６ 組,每 組３個試樣,進(jìn)行不同工藝的預(yù)熱處理試驗,最終所得
結(jié)果為每組３個試樣的平均值.預(yù)熱處理及最終熱處理工藝參數(shù)如表２所示.
１．２ 試驗方法
對預(yù)熱處理后的試樣進(jìn)行金相檢驗及硬度試驗,金相檢驗在 Axiovert２００ MAT 型光學(xué)顯微鏡上進(jìn)行;硬度試驗在 THBCＧ３０００DA 型布氏硬度計上進(jìn)行,試驗結(jié)果?。炒螠y試的平均值,對硬度符合機(jī)加工要求的試樣繼續(xù)進(jìn)行最終熱處理.對最終熱處理試樣進(jìn)行金相檢驗、室溫拉伸試驗和沖擊試驗,室溫拉伸試驗依據(jù) GB/T２２８．１－２０１０«金屬材料
拉伸試驗 第１部分:室溫試驗方法»在 RSA２５０拉伸試驗機(jī)上進(jìn)行,試驗結(jié)果取３個試樣的平均值;采用夏比 U 形 缺 口 標(biāo) 準(zhǔn) 試 樣 依 據(jù) GB/T２２９－２００７«金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法»在JWBＧ３００型沖擊試驗機(jī)上進(jìn)行,試驗結(jié)果?。硞€試樣的平均值.
２ 試驗結(jié)果與討論
２．１ 預(yù)熱處理后的硬度
１２Cr１３鋼經(jīng)過表２所示工藝預(yù)熱處理后,硬度試驗結(jié)果如表３所示.
由表３可見:對比１號原始狀態(tài)試樣的硬度,６號試樣經(jīng)過預(yù)熱處理后,硬度仍然過高,機(jī)加工硬度要求≤２２０ HB,因此不適宜機(jī)加工,所以１號和６號試樣不再進(jìn)行最終熱處理;其余２~５號試樣的硬度符合機(jī)加工要求,所以繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的最終熱處理試驗.
２．２ 預(yù)熱處理后的顯微組織
圖１為１２Cr１３鋼原始鍛件狀態(tài)下的顯微組織形貌,可以看出顯微組織為粗大的針狀馬氏體以及少量鐵素體.圖２為６號試樣預(yù)熱處理后的顯微組織形貌,可見相較于１號試樣其顯微組織未發(fā)生明顯改變,但晶界處有黑色顆粒物析出,一般認(rèn)為該顆粒物為碳化物[３],因為晶界處有該種碳化物的析出,所以導(dǎo)致１２Cr１３鋼的硬度比較高,不適宜進(jìn)行機(jī)械加工.圖３~６分別為２~５號試樣預(yù)熱處理后的顯微組織形貌,可見４號和５號試樣的組織最為粗大,為保留馬氏體位相的回火索氏體,而２號和３號試樣的顯微組織較為細(xì)密,為保留了原始鍛件狀態(tài)的針狀馬氏體.
２．３ 最終熱處理后的力學(xué)性能
２~５號試樣經(jīng)過最終熱處理后的力學(xué)性能如表４所示.從表４可以看出:不同的預(yù)熱處理工藝對材料最終的沖擊吸收能量影響最為明顯,對其他力學(xué)性能指標(biāo)的影響不明顯;最終熱處理所有試樣的力學(xué)均滿足公司技術(shù)要求,因此應(yīng)從節(jié)能和提高效率方面考慮.
２．４ 最終熱處理后的顯微組織
圖７為２~５號試樣經(jīng)過最終熱處理后的顯微組織形貌.從表４的力學(xué)性能試驗結(jié)果可以看出,預(yù)熱處理工藝對１２Cr１３鋼最終熱處理后的力學(xué)性能影響不大,但不同試樣的顯微組織還是有很明顯的差別,雖然均為回火索氏體[４],但是２號和３號試樣最終熱 處 理 后 的 組 織 較 為 細(xì) 密,這 也 是 ２ 號 和３號試樣沖擊吸收能量較高的原因;而 ４ 號 和 ５ 號
試樣最終熱處理后的組織較為粗大,所以沖擊吸收能量較低.
３ 結(jié)論
(１)不同的預(yù)熱處理工藝對１２Cr１３鋼力學(xué)性能中沖擊吸收能量的影響最大,其中經(jīng)過正火預(yù)熱處理的材料最終熱處理后的沖擊性能明顯高于退火預(yù)熱處理的,因此當(dāng)零部件對沖擊性能要求較高時,建議采用正火工藝進(jìn)行預(yù)熱處理.
(２)經(jīng)過不同預(yù)熱工藝處理的１２Cr１３鋼最終熱 處理后的力學(xué)性能指標(biāo)均可以達(dá)到設(shè)計要求,但場中１mm２ 面積內(nèi)的晶粒數(shù)等于 NAE 的１５．５倍,那么 NAE為７．０,再根據(jù)式(２),可以計算出該試樣的晶粒級別指數(shù)G＝３．８.
試驗用鋁合金試樣晶粒級別指數(shù),采用標(biāo)準(zhǔn)推薦的截距法的計算結(jié)果為G＝３．８±０．５.通過比較可見,采用平面晶粒計算法使用iTEM 軟件計算的結(jié)果,與該試樣的標(biāo)準(zhǔn)值符合良好.
３ 結(jié)論
鋁合金晶粒級別指數(shù)的測定,無論是采用比較法、平面晶粒計算法,還是截距法,都需要考慮到真實倍率的問題.比較法需要與標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行對比,結(jié)果只能保留整數(shù),不確定度較大.后兩種方法需要在顯微鏡的毛玻璃片上劃圓或直線,操作起來不方便,而且當(dāng)晶粒級別指數(shù)較大時,晶粒數(shù)過多會造成計數(shù)的極度不便,甚至錯誤.iTEM 軟件具備強(qiáng)大的測量功能,可以很方便地計數(shù).無論金相圖片的實際倍率是多少,都能通過改變標(biāo)尺的名義尺寸,使圖片在名義上處于１００倍,然后直接根據(jù)晶粒級別指數(shù)的定義公式,無需對比和查閱標(biāo)準(zhǔn)中的表格數(shù)據(jù),就能獲取到準(zhǔn)確、可靠的晶粒級別指數(shù)測定結(jié)果.