摘 要:ZG１５Cr２Mo１鋼在力學(xué)性能檢測(cè)時(shí)結(jié)果差異較大,通過(guò)室溫和高溫力學(xué)性能試驗(yàn)、化學(xué) 成分分析、金相檢驗(yàn)等方法對(duì)兩組力學(xué)性能差異較大的試樣進(jìn)行了分析,并確定了合理的熱處理工 藝.結(jié)果表明:熱處理工藝不穩(wěn)定導(dǎo)致的顯微組織差異是該鋼力學(xué)性能差異較大的主要原因;在 ９２０~９７０ ℃保溫８~１２h正火和７２０~７６０ ℃保溫８~１２h回火,可使該鋼組織均勻,獲得較好的 綜合力學(xué)性能.
關(guān)鍵詞:ZG１５Cr１２Mo１鋼;力學(xué)性能;沖擊吸收能量;回火貝氏體;熱處理
中圖分類(lèi)號(hào):TG１４２．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):１００１Ｇ４０１２(２０１９)１０Ｇ０６８６Ｇ０４
ZG１５Cr２Mo１鋼常用于制造燃汽鑄鋼件,服役 時(shí)需承受高溫、振動(dòng)等,因此要求其具有較好的室溫 及高溫綜合力學(xué)性能.實(shí)際生產(chǎn)中,該鋼的正火熱 處理溫度不高于９８０ ℃,回火溫度不低于６７５ ℃. 生產(chǎn)初期,產(chǎn)品時(shí)常出現(xiàn)室溫、高溫力學(xué)性能不穩(wěn)定 的情況.為此,筆者通過(guò)對(duì)力學(xué)性能差異較大的產(chǎn) 品進(jìn)行理化檢驗(yàn)與分析,研究了 ZG１５Cr２Mo１鋼力 學(xué)性能出現(xiàn)差異的主要原因,并制定相應(yīng)措施,以期 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的穩(wěn)定控制.
１ 理化檢驗(yàn)
１．１ 室溫力學(xué)性能試驗(yàn)
將室溫條件下抗拉強(qiáng)度合格的試樣分為一組 (編號(hào)為１),不合格的分為一組(編號(hào)為２),其力學(xué) 性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表１.可知１組試樣的平均抗拉強(qiáng) 度比２組試樣的高,而沖擊吸收能量要遠(yuǎn)低于２組 試樣的.經(jīng)查證,２組試樣的回火溫度相對(duì)比１組 試樣的要高.
１．２ 高溫力學(xué)性能試驗(yàn)
在１,２組試樣對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品上截取相同狀態(tài)的試樣 進(jìn)行高溫力學(xué)性能試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表２.可以看出１組試樣的室溫、高溫抗拉強(qiáng)度均較高,高溫持久強(qiáng)度持續(xù)時(shí) 間長(zhǎng),但斷口形貌轉(zhuǎn)化溫度(剪切斷面率達(dá)到５０％)也 較高,不利于抵抗高溫沖擊.２組試樣的室溫、高溫抗 拉強(qiáng)度均較低,但抵抗高溫沖擊的能力較好.
１．３ 化學(xué)成分分析
對(duì)兩組試樣的化學(xué)成分進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)表３. 可見(jiàn)化學(xué)成分差異并不大,也說(shuō)明 ZG１５Cr２Mo１鋼 的力學(xué)性能結(jié)果差異與化學(xué)成分關(guān)系不大.
１．４ 金相檢驗(yàn)
從１組和２組試樣中分別選取一個(gè)(編號(hào)為１ 號(hào)試樣和２號(hào)試樣)在６０ ℃時(shí)進(jìn)行沖擊試驗(yàn),并觀 察斷口附近的顯微組織形貌.１號(hào)試樣的沖擊吸收 能量為６５J,遠(yuǎn)低于抗拉強(qiáng)度不合格的２號(hào)試樣的 沖擊吸收能量(１２５J).１號(hào)試樣斷口附近顯微組織 為灰黑色板條狀貝氏體和灰白色島嶼狀貝氏體,鐵 素體基體上分布著細(xì)小的顆粒狀碳化物,組織均勻 性差,見(jiàn)圖１.２號(hào)試樣組織中的鐵素體發(fā)生了合并 長(zhǎng)大,呈準(zhǔn)多邊形,鐵素體基體上分布著顆粒狀碳化 物,仍可見(jiàn)少量斷續(xù)分布的板條狀貝氏體,見(jiàn)圖２. 這也說(shuō)明了２號(hào)試樣回火溫度較高,回火充分,沖擊韌度較好[１Ｇ２].
１．５ 掃描電鏡分析
使用掃描電鏡(SEM)對(duì)兩試樣顯微組織進(jìn)行觀察.由圖３可以看出,１號(hào)試樣中存在板條狀貝 氏體以及鐵素體上分布著顆粒狀、針棒狀碳化物的 島狀貝氏體.說(shuō)明其回火不充分,碳化物對(duì)位錯(cuò)有 一定釘扎作用,所以強(qiáng)度高,沖擊韌度低.
由圖４可以看出,部分視場(chǎng)下２號(hào)試樣的板條 狀貝氏體基本消失,條狀鐵素體合并成多邊形鐵素 體,顆粒狀碳化物減少.說(shuō)明其回火較充分,碳化物 對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用減弱,應(yīng)力集中減小,強(qiáng)度降低, 沖擊韌度提高.
２ 分析與討論
從上述檢驗(yàn)結(jié)果可以看出,兩組試樣的化學(xué)成 分差異不大,說(shuō)明化學(xué)成分不是造成該鋼力學(xué)性能 差異的主要原因.
１號(hào)試樣沖擊斷口附近的顯微組織不均勻,存在板條狀貝氏體,說(shuō)明其回火溫度低或保溫時(shí)間短, 回火不充分.析出的碳化物釘扎位錯(cuò)導(dǎo)致位錯(cuò)密度 較高,所以其抗拉強(qiáng)度較高,斷口形貌轉(zhuǎn)化溫度也較 高,室溫及高溫韌性差[３Ｇ４].同時(shí),１號(hào)試樣的晶粒 較粗大,這與正火溫度有關(guān),正火溫度高,碳及合金 元素充分溶入奧氏體,回火時(shí)析出的碳化物多而彌 散,強(qiáng)化效果好;但正火溫度高,保溫時(shí)間長(zhǎng),材料晶 粒較大時(shí),晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用減弱,裂紋易 擴(kuò)展,材料韌性降低[５].
２號(hào)試樣顯微組織較均勻,主要為準(zhǔn)多邊形鐵 素體,板條狀貝氏體基本消失.說(shuō)明其熱處理回火 溫度較高,貝氏體回火充分.第二相粒子對(duì)位錯(cuò)的 釘扎作用減弱,位錯(cuò)可動(dòng)性增強(qiáng),基體軟化,使得材 料強(qiáng)度下降,而塑性、韌性提高[３,６].
３ 熱處理工藝的改進(jìn)
根據(jù)上 述 分 析 結(jié) 果,結(jié) 合 ZG１５Cr２Mo１ 鋼 的 CCT 曲線(xiàn),采用不同熱處理工藝進(jìn)行試驗(yàn)得出,該 鋼在９２０~９７０ ℃保溫８~１２h后空冷進(jìn)行正火,可 獲得 １００％ 貝 氏 體 和 合 適 的 晶 粒 度. 在 ７２０~ ７６０ ℃保溫８~１２h,以３０~６０ ℃??h－１的冷速進(jìn)行 回火,可獲得較理想的室溫及高溫綜合力學(xué)性能.
按上述工藝對(duì)ZG１５Cr２Mo１鋼進(jìn)行熱處理,其 顯微組織發(fā)生了明顯的再結(jié)晶,組織均勻,為類(lèi)似回 火索氏體組織,板條狀貝氏體基本消失,晶粒較細(xì) 小,見(jiàn) 圖 ５. 其 室 溫 力 學(xué) 性 能 為:抗 拉 強(qiáng) 度 ６２５MPa,規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度４６８ MPa,斷后伸長(zhǎng)率 ２１％,斷面收縮率６８％,布氏硬度１８７ HBW,高溫 抗拉強(qiáng)度５４５MPa,６０ ℃下沖擊吸收能量為１３５J, 剪切斷面率達(dá)到５０％時(shí)的溫度為２０℃,見(jiàn)圖６.且 ３次高溫持久試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)１４５h以上,符合技術(shù) 要求.可見(jiàn)對(duì)于ZG１５Cr２Mo１鋼,在成分差異不大 的情況下,科學(xué)合理的熱處理工藝是穩(wěn)定其室溫及高溫綜合力學(xué)性能的保證[７].
４ 結(jié)論
(１)當(dāng)回火溫度較低時(shí),ZG１５Cr２Mo１鋼的組 織中存在板條狀貝氏體,位錯(cuò)密度較高,其室溫、高 溫抗拉強(qiáng)度高,但抵抗沖擊的能力較差;回火溫度較 高時(shí),該鋼發(fā)生明顯的回復(fù)再結(jié)晶,板條狀貝氏體消 失,出現(xiàn)準(zhǔn)多邊形鐵素體,碳化物聚集長(zhǎng)大,位錯(cuò)密 度減小,其沖擊韌度提高,但室溫、高溫強(qiáng)度偏低.
(２)采用９２０~９７０ ℃保溫８~１２h后空冷正 火 ,７２０~７６０ ℃保溫８~１２h后以３０~６０ ℃??h－１的冷速回火對(duì)ZG１５Cr２Mo１鋼進(jìn)行熱處理,可以獲 得較理想的室溫及高溫綜合力學(xué)性能.
參考文獻(xiàn):
[１] 王克魯,魯世強(qiáng),陳慶軍,等．回火溫度對(duì)熱軋低碳貝 氏體鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響[J]．機(jī)械工程材 料,２００９,３３(５):９Ｇ１１．
[２] 徐杏杏,何軍剛,胡 鍇,等．１Cr１１Ni２W２MoV 不 銹 鋼 沖擊性能不合格原因探討[J]．理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)), ２０１４,５０(８):５９６Ｇ５９８．
[３] 蔣善玉．熱處理工藝對(duì)１２Cr２Mo１R 鋼的組織和性能 的影響[J]．山東冶金,２０１３,３５(４):３４Ｇ３６．
[４] 王立軍,武會(huì)賓,余偉,等．直接淬火低碳貝氏體鋼的 回火組織與力學(xué)性能[J]．材料工程,２０１１,３９(３):３６Ｇ ３９．
[５] 王春奕．熱處理工藝對(duì) Y１Cr１７Mo鋼組 織 和 性 能 的 影響[J]．理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),２０１３,４９(３):１４８Ｇ１５１．
[６] 余偉,錢(qián)亞軍．熱處理工藝對(duì)１０００ MPa級(jí)低碳微合 金鋼組 織 和 性 能 的 影 響 [J]．北 京 工 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào), ２０１１,３７(１２):１８８０Ｇ１８８５．
[７] 孫齊,張 立 新, 韋 延 立, 等． 回 火 溫 度 對(duì) １Cr１１Ni２W２MoV 鋼沖擊性能的影響[J]．理化檢驗(yàn) (物理分冊(cè)),２０１７,５３(３):１６５Ｇ１６８．
<文章來(lái)源>材料與測(cè)試網(wǎng)>期刊論文>理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè)>55卷>10期(pp:686-689)>