12Cr13鋼預(yù)熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化

王飛宇, 王全振, 杜 凱, 鄒 鵬

(沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司, 沈陽(yáng) 110869)

12Cr13鋼預(yù)熱處理工藝參數(shù)優(yōu)化

王飛宇, 王全振, 杜 凱, 鄒 鵬

(沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司, 沈陽(yáng) 110869)

首先對(duì)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(duì)預(yù)熱處理后的試樣進(jìn)行了最終熱處理,并對(duì)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 ℃×2 h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(jì)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。

12Cr13鋼；預(yù)熱處理；工藝參數(shù)；力學(xué)性能；顯微組織

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(shí)際生產(chǎn)過程中均會(huì)對(duì)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(duì)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(shí)踐參考。

1 試樣制備與試驗(yàn)方法

1.1 試樣制備

試驗(yàn)材料為國(guó)內(nèi)某鋼廠生產(chǎn)的12Cr13鋼鍛造毛坯，其化學(xué)成分見表1。

表1 12Cr13鋼鍛件化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.2 Chemical compositions of 12Cr13 steel forging(mass fraction) %

將毛坯鍛件切成18個(gè)試樣，分成6組，每組3個(gè)試樣，進(jìn)行不同工藝的預(yù)熱處理試驗(yàn)，最終所得結(jié)果為每組3個(gè)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。

表2 熱預(yù)處理及最終熱處理工藝參數(shù)Tab.2 The parameters of pre-heat treatment and final heat treatment

1.2 試驗(yàn)方法

對(duì)預(yù)熱處理后的試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)及硬度試驗(yàn)，金相檢驗(yàn)在Axiovert 200 MAT型光學(xué)顯微鏡上進(jìn)行；硬度試驗(yàn)在THBC-3000DA型布氏硬度計(jì)上進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果取3次測(cè)試的平均值，對(duì)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(duì)最終熱處理試樣進(jìn)行金相檢驗(yàn)、室溫拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，室溫拉伸試驗(yàn)依據(jù)GB/T 228.1-2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》在RSA250拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果取3個(gè)試樣的平均值；采用夏比U形缺口標(biāo)準(zhǔn)試樣依據(jù)GB/T 229-2007《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》在JWB-300型沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果取3個(gè)試樣的平均值。

2 試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 預(yù)熱處理后的硬度Tab.3 The hardness after pre-heat treatment

由表3可見：對(duì)比1號(hào)原始狀態(tài)試樣的硬度，6號(hào)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(hào)和6號(hào)試樣不再進(jìn)行最終熱處理；其余2～5號(hào)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(yàn)。

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(hào)試樣預(yù)熱處理后的顯微組織形貌，可見相較于1號(hào)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?yàn)榫Ы缣幱性摲N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(hào)試樣預(yù)熱處理后的顯微組織形貌，可見4號(hào)和5號(hào)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(hào)和3號(hào)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。

圖1 1號(hào)試樣預(yù)熱處理后顯微組織形貌Fig.1 Microstructure morphology of No.1 sample after pre-heat treatment

圖2 6號(hào)試樣預(yù)熱處理后顯微組織形貌Fig.2 Microstructure morphology of No.6 sample after pre-heat treatment

圖3 2號(hào)試樣預(yù)熱處理后顯微組織形貌Fig.3 Microstructure morphology of No.2 sample after pre-heat treatment

圖4 3號(hào)試樣預(yù)熱處理后顯微組織形貌Fig.4 Microstructure morphology of No.3 sample after pre-heat treatment

圖5 4號(hào)試樣預(yù)熱處理后顯微組織形貌Fig.5 Microstructure morphology of No.4 sample after pre-heat treatment

圖6 5號(hào)試樣預(yù)熱處理后顯微組織形貌Fig.6 Microstructure morphology of No.5 sample after pre-heat treatment

2.3 最終熱處理后的力學(xué)性能

2～5號(hào)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(duì)材料最終的沖擊吸收能量影響最為明顯，對(duì)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。

表4 2～5號(hào)試樣最終熱處理后的力學(xué)性能Tab.4 The mechanical properties of No.2-5 samples after final heat treatment

2.4 最終熱處理后的顯微組織

圖7為2～5號(hào)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(yàn)結(jié)果可以看出，預(yù)熱處理工藝對(duì)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(hào)和3號(hào)試樣最終熱處理后的組織較為細(xì)密，這也是2號(hào)和3號(hào)試樣沖擊吸收能量較高的原因；而4號(hào)和5號(hào)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。

圖7 2～5號(hào)試樣最終處理后的顯微組織形貌Fig.7 Microstructure morphology of No.2-5 samples after final heat treatment:a) No.2; b) No.3; c) No.4; d) No.5

3 結(jié)論

(1) 不同的預(yù)熱處理工藝對(duì)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(duì)沖擊性能要求較高時(shí)，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(jì)要求，但從節(jié)能、提高效率等方面考慮，經(jīng)過790 ℃×2 h正火預(yù)處理后的材料不僅能滿足力學(xué)性能要求，而且耗能最低、效率最高。

[1] 張文華.不銹鋼及其熱處理[M].沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2010.

[2] 肖紀(jì)美.不銹鋼的金屬學(xué)問題[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006.

[3] 郝憲朝,高明,張龍,等.退火態(tài)12Cr13不銹鋼顯微組織及其對(duì)沖擊韌性的影響[J].金屬學(xué)報(bào),2011,47(7):912-916.

[4] 劉曉燕,張海存,何曉梅,等.回火溫度對(duì)2Cr13鋼疲勞強(qiáng)度的影響[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),2007,43(9):446-448.

Optimization of Pre-heat Treatment Process Parameters of 12Cr13 Steel

WANG Feiyu, WANG Quanzhen, DU Kai, ZOU Peng

(Shenyang Blower Works Group, Shenyang 110869, China)

Firstly, the 12Cr13 steel forgings were pre-heated under different processes, and the microstructure and hardness after pre-heat treatment were analyzed. Then, the final heat treatment was carried out to the pre-heated samples, and the pre-heat treatment process parameters of the 12Cr13 steel were optimized. The results show that the hardness of the steel after 790 ℃×2 h normalization treatment was suitable for machining, and the mechanical properties of the steel after final heat treatment met the design requirements. Adopting this pre-heat treatment process to treat 12Cr13 steel forgings could save energy and increase production efficiency.

12Cr13 steel; per-heat treatment; process parameter; mechanical property; microstructure

10.11973/lhjy-wl201706011

2017-03-10

王飛宇(1978-)，男，工程師，碩士，主要從事材料熱處理工藝研究，lyya501@163.com

TG161; TG142.71

A

1001-4012(2017)06-0428-03