王國(guó)欣/沈陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
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亞溫淬火與普通淬火對(duì)45鋼組織性能影響
王國(guó)欣/沈陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【摘 要】研究了亞溫淬火與普通淬火對(duì)45鋼顯微組織及力學(xué)性能的影響,探討了奧氏體晶粒細(xì)小的原因及馬氏體轉(zhuǎn)變過程中的特點(diǎn)。結(jié)果表明,在770 ℃、790 ℃、810 ℃、840 ℃下,隨淬火溫度的升高,45鋼的強(qiáng)度、硬度先增大后減小,在溫度為810℃時(shí)力學(xué)性能為最佳。殘余鐵素體使奧氏體晶粒長(zhǎng)大受阻,導(dǎo)致基體組織為細(xì)小馬氏體組織,提高了45鋼的綜合力學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】亞溫淬火;普通淬火;強(qiáng)度;硬度;顯微組織
45鋼是含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,大量用于齒輪、連接桿、蝸桿、活塞、曲軸等零件。但45鋼淬透性較低,淬火后有開裂的傾向,那么改善45鋼的性能就變得非常重要了[1]。本文對(duì)45鋼進(jìn)行了不同溫度的亞溫淬火與普通淬火及回火處理,經(jīng)過試驗(yàn)得到45鋼的力學(xué)性能數(shù)據(jù),找出數(shù)據(jù)間的規(guī)律,再經(jīng)過金相組織觀察分析,進(jìn)而研究亞溫淬火和普通淬火對(duì)其組織性能是如何影響的,最后找到在實(shí)際生產(chǎn)中的最佳熱處理工藝。
1.1.試驗(yàn)材料
本試驗(yàn)所選用的45鋼原始狀態(tài)為熱軋態(tài),直徑為12 mm 的棒料,試驗(yàn)所用45鋼的化學(xué)成分為C:0.45、Si:0.25、Mn:0.67、P:0.03、S:0.03、Ni:0.22、Cu:0.23。
1.2.試驗(yàn)用試樣的制備
試驗(yàn)所用試樣分別為金相試樣、硬度試樣、拉伸試樣三種。其中金向試樣是直徑10mm、高度為15mm的圓柱試樣,硬度試樣是直徑10mm、高度為20mm的圓柱試樣,拉伸試樣是直徑為10 mm 的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。
1.3.試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備
硬度性能檢測(cè)設(shè)備:洛氏硬度計(jì);材料強(qiáng)度性能檢測(cè)設(shè)備:WDW-100萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī);金相組織觀察設(shè)備:金相預(yù)磨機(jī)、拋光機(jī)、MR-5000金相顯微鏡。
1.4.試驗(yàn)方法
首先把45鋼加工成金相試樣、硬度試樣、拉伸試樣,在770℃~840 ℃之間,選取770 ℃、790 ℃、810 ℃、840 ℃四組溫度分別進(jìn)行亞溫淬火與普通淬火處理。對(duì)試驗(yàn)得到的24個(gè)試樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果取每組溫度下三個(gè)測(cè)量值的平均值。同時(shí)得到的五組溫度下的4個(gè)金相試樣,進(jìn)行金相顯微組織觀察。
2.1.力學(xué)性能分析
表1 45鋼亞溫淬火與普通淬火及力學(xué)性能Tab.1 The subcritical quenching and conventional quenching of 45 steel and mechanical properties
從表1中我們能夠看到,隨著淬火溫度的升高,45鋼的強(qiáng)度、硬度都增加,因?yàn)殍F素體轉(zhuǎn)逐漸變?yōu)榱藠W氏體,鐵素體的含量逐漸變少。在810℃左右淬火時(shí),鋼的強(qiáng)度硬度最高,因?yàn)轱@微組織中含少量未溶的鐵素體,呈彌散微小顆粒狀分布,阻礙了奧氏體晶粒的長(zhǎng)大,而由奧氏體轉(zhuǎn)變而來(lái)的馬氏體就變得比較細(xì)小,這樣可以彌補(bǔ)因引入鐵素體對(duì)強(qiáng)度的不利影響[2-3]。當(dāng)達(dá)到840℃的時(shí),強(qiáng)度、硬度又稍微降低了。
2.2 亞溫淬火與普通淬火后45鋼顯微組織及分析
由(a)~(d)中可以看出,在770℃、790℃、810℃、840℃四個(gè)溫度中,隨著淬火溫度的升高,45鋼組織中鐵素體含量逐漸減少,馬氏體含量逐漸增多。當(dāng)淬火溫度為790℃時(shí),鐵素體在組織中的含量已經(jīng)很少,僅剩4%左右,剩下的都是馬氏體,見圖(b)。在810℃時(shí),僅有少量鐵素體存于馬氏體的組織中,見圖(c)。當(dāng)淬火溫度是840℃時(shí),鐵素體幾乎全部消失,組織中幾乎都是馬氏體,見圖(d)。由圖(a)~(d)中可以看出,隨著淬火溫度的提高,少量彌散分布的鐵素體阻礙了奧氏體晶粒的長(zhǎng)大,得到了較為細(xì)小的板條狀馬氏體。而晶粒的細(xì)化所提高的強(qiáng)度恰巧可以彌補(bǔ)因含有鐵素體而導(dǎo)致強(qiáng)度降低,晶粒細(xì)小化也會(huì)提高45鋼的塑、韌性[4-5]。
圖1 45鋼不同淬火溫度下的金相組織Fig.1 Microstructures of 45 steel under diferent quenching temperature
(1).在770 ℃、790 ℃、810 ℃、840 ℃五個(gè)溫度中,隨淬火溫度的升高,45鋼的強(qiáng)度、硬度先增大后減小,在溫度為810℃時(shí)力學(xué)性能為最佳。
(2).隨著淬火溫度逐漸的變大,鐵素體的形態(tài)也發(fā)生了變化,大小逐漸變小。未溶的殘余鐵素體使奧氏體晶粒長(zhǎng)大受阻,導(dǎo)致基體組織為細(xì)小馬氏體組織,提高了45鋼的綜合力學(xué)性能。
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