加熱溫度對(duì)GCr15SiMn滲碳體組織的影響

1 研究背景及意義

軸承鋼可用于制作柴油機(jī)油泵的精密偶件。目前，國外發(fā)展的幾個(gè)滲碳高溫軸承鋼鋼種有：CBS600、CBS1000、M315等

。我國的汽車軸承用鋼、高速鐵路軸承用鋼、進(jìn)口設(shè)備專用軸承鋼、一些在特殊工況下使用的高精度、高附加值和專用軸承(鋼)仍需進(jìn)口

。要想使軸承鋼具有良好的性能

，必須安排合理的熱處理工藝。本文通過研究軸承鋼GCr15SiMn合金元素、熱處理工藝與性能的關(guān)系，通過預(yù)先設(shè)定的熱處理工藝，測(cè)量硬度和力學(xué)指標(biāo)，觀察金相組織，從而得到綜合力學(xué)性能最好的GCr15SiMn軸承鋼及其回火后的系列金相圖譜，完善其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，探究熱變形加熱溫度對(duì)GCr15SiMn滲碳體組織演變及硬度的影響，從而更好地指導(dǎo)生產(chǎn)。

2 研究內(nèi)容與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

本的實(shí)驗(yàn)選取的實(shí)驗(yàn)試樣是商用GCr15SiMn鋼，進(jìn)行不同加熱溫度在相同保溫時(shí)間下的加熱實(shí)驗(yàn)。表1表示此GCr15SiMn鋼的元素成分

。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案及步驟

通過熱模擬實(shí)驗(yàn)、顯微組織觀察分析、顯微硬度測(cè)試等方法，分析在不同條件下碳化物的溶解規(guī)律，并找出在實(shí)驗(yàn)條件下碳化物完全溶解時(shí)對(duì)應(yīng)的加熱參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)方案如下：

研究在保溫時(shí)間為100s的情況下，不同加熱溫度對(duì)GCr15SiMn鋼殘余碳化物的影響，從而確定一個(gè)較合適的加熱溫度。確定的熱模擬方案為：以50℃/s的加熱速度加熱，分別加熱至780℃、810℃、840℃和870℃，并在該溫度下保溫100s的時(shí)間，然后進(jìn)行水淬處理。

實(shí)驗(yàn)方案如下：

珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的條件是將珠光體加熱到臨界點(diǎn)A1以上

。高碳鋼GCr15SiMn在冷卻的過程中，奧氏體晶界處有網(wǎng)狀碳化物的析出，其沿著晶界分布，就會(huì)造成金屬的塑性和韌性的降低，因此，可研究加熱溫度對(duì)于奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物溶解的影響規(guī)律。

由圖1(a)～(d)可以看出：當(dāng)實(shí)驗(yàn)加熱溫度為780℃時(shí)，奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物已經(jīng)出現(xiàn)了大部分的熔斷，熔斷部分的奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物的邊角已經(jīng)慢慢變得圓潤；當(dāng)實(shí)驗(yàn)加熱溫度為810℃時(shí)，奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物中熔斷程度加劇，奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物與實(shí)驗(yàn)加熱溫度780℃時(shí)的相比要更細(xì)、更薄；當(dāng)實(shí)驗(yàn)加熱溫度為840℃時(shí)，奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物在三角晶界中存在一個(gè)幾乎完全溶解的分支，各個(gè)晶界之間也表現(xiàn)出分隔不明顯了；當(dāng)實(shí)驗(yàn)加熱溫度為870℃時(shí)，三角晶界幾乎消失了，說明在加熱溫度為870℃此時(shí)的奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物基本上已經(jīng)完全溶解。

采用實(shí)驗(yàn)方案處理之后得到的掃描電子顯微鏡照片如圖1與2所示，這里面的圖1主要表現(xiàn)的是GCr15SiMn三角晶界處的奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物的溶解狀態(tài)，圖2主要表現(xiàn)的是GCr15SiMn中珠光體的滲碳體片層的溶解變化狀態(tài)。

3 加熱溫度對(duì)GCr15SiMn滲碳體組織的影響規(guī)律

權(quán)箏跟他同齡，二十七歲，也是學(xué)經(jīng)濟(jì)的，不過人家是博士學(xué)歷。談了三年，家里覺得該結(jié)婚了，何東也說不出不結(jié)婚的理由，這不明天就得去登記了。

3.1 奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物的溶解

按照本次水利普查的范圍定義，灌區(qū)調(diào)查對(duì)象名錄表Q302表中的灌區(qū)名稱除非為單純的地下水灌區(qū)，灌區(qū)的名稱應(yīng)該出現(xiàn)在表Q701（灌區(qū)）中，并且灌溉面積應(yīng)相同。利用VLOOKUP函數(shù)表以Q302的灌區(qū)名稱為參數(shù)在Q701表中查找“灌區(qū)有效灌溉面積”，如果結(jié)果顯示為“#N/A”即表示該灌區(qū)在表Q701中找不到或者名稱不一致，需要復(fù)核兩表的一致性。

在進(jìn)行熱模擬實(shí)驗(yàn)的過程中，其中珠光體中的滲碳體層也會(huì)有部分溶解于鐵素體基體中。滲碳體在珠光體中溶解程度的大小會(huì)改變此金屬的結(jié)構(gòu)和性能，因此必須要通過觀察來分析滲碳體層在珠光體中的溶解的規(guī)律。

分析2：由知，焦點(diǎn)F（1，0）為△ABC的重心，設(shè)A、B、C在拋物線y2=4x上的橫坐標(biāo)分別為x1，x2，x3，則x1+x2+x3=3×1=3.根據(jù)拋物線的焦半徑公式，=+（x1+x2+x3）=3+3=6

對(duì)于熱模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)樣品，我們選取拍攝的位置為三角晶界處的奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物，每張照片的放大倍數(shù)都是相同的5000倍，這樣就可以直觀對(duì)比出不同參數(shù)下奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物的殘余數(shù)量。

從表4可以看出，總體上微波加熱預(yù)處理后，磨礦產(chǎn)品粗粒級(jí)含量顯著下降，中級(jí)粒級(jí)和細(xì)粒級(jí)含量明顯增加，且水冷卻后磨礦產(chǎn)品粒度變化更為顯著，說明微波加熱預(yù)處理水冷卻后更有利于促進(jìn)礦石硬度降低，使粗粒減小比自然冷卻更加明顯，細(xì)粒級(jí)增加也比較明顯。

保溫時(shí)間為100s，不同加熱溫度的試樣的三角晶界處SEM圖像如圖1所示。

熱模擬實(shí)驗(yàn)在Gleeble-1500熱模擬機(jī)上進(jìn)行，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備輸入具體的熱處理參數(shù)，得到最終所需的熱模擬試樣。然后用線切割的方式將熱處理后的試樣沿橫截面切開，再用鑲樣機(jī)鑲樣，制得的金相試樣經(jīng)60號(hào)砂紙開始到2000號(hào)砂紙的打磨后拋光，用4%的硝酸酒精侵蝕，烘干。隨后用Zeiss-EVO18掃描電子顯微鏡觀察顯微組織，拍攝金相照片全部選用5000倍的放大倍數(shù)。最后在每個(gè)試樣上選擇五個(gè)不同的部分用Leica VMHT 30維氏硬度計(jì)測(cè)量維氏硬度，除去波動(dòng)較大的點(diǎn)后取平均值。

3.2 珠光體片層的溶解

GCr15SiMn鋼的實(shí)驗(yàn)試樣在隨著加熱過程中，其中有一部分的組織發(fā)生了奧氏體化，隨著加熱溫度升高，奧氏體化的程度不斷加劇。其中奧氏體化的那一部分由于水淬變成了馬氏體，沒有產(chǎn)生奧氏體化的部分繼續(xù)以珠光體的形式存在著。

“停戰(zhàn)！停戰(zhàn)！累死我了！”糖龍氣喘吁吁地求和，癱軟地躺在書桌上。原本氣勢(shì)昂揚(yáng)的龍角，也軟趴趴地掛在頭頂，整條龍跟煮熟的面條一樣。這糖龍雖然有著龍的外形，卻沒有一丁點(diǎn)龍的本領(lǐng)。

實(shí)驗(yàn)試樣的滲碳體在珠光體之中分布的SEM圖像如圖2所示。

掃描電子顯微鏡照片中的灰暗、平緩的部分是馬氏體組織，成片層狀的分布的區(qū)域?yàn)橹楣怏w區(qū)，其中明亮的灰白色的區(qū)域是滲碳體，奧氏體晶界處的滲碳體是奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物，形成了“三角晶界”。

如圖2(a)～(d)所示，在圖片中我們就可以看出：當(dāng)加熱溫度為780℃時(shí)，此時(shí)晶粒之中的滲碳體的片層開始變薄并在許多區(qū)域出現(xiàn)了熔斷現(xiàn)象，片層不再連接在一起。其中滲碳體的溶解區(qū)域變?yōu)榛疑鸟R氏體組織；當(dāng)加熱溫度升高為810℃時(shí)，由于溫度的提高，其中滲碳體熔化后，逐漸發(fā)生球化且變圓，說明滲碳體的溶解程度加深；當(dāng)加熱溫度上升到840℃時(shí)，晶體中的灰色馬氏體已經(jīng)占據(jù)了晶體的大部分，片層狀的滲碳體變的很少，隨著溫度升高，滲碳體逐漸變小并呈球形，溶解的滲碳體的周圍的組織之中的碳含量不斷的上升；當(dāng)加熱溫度增加為870℃時(shí)，奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物熔斷非常嚴(yán)重，并且絕大部分的奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物以點(diǎn)狀在晶體中存在，其中晶內(nèi)的主要組成部分已經(jīng)變?yōu)榱笋R氏體組織，整張圖呈現(xiàn)馬氏體組織之中點(diǎn)綴著點(diǎn)狀的滲碳體。

3.3 實(shí)驗(yàn)鋼的顯微硬度

隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，由于加熱溫度的變化，實(shí)驗(yàn)鋼的結(jié)構(gòu)與組織發(fā)生變化，其硬度發(fā)生了改變。

我們通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量的熱模擬的樣品的維氏硬度如表2所示，實(shí)驗(yàn)樣品的維氏硬度的變化趨勢(shì)如圖3所示。

由表2和圖3可以看出，隨著加熱溫度在780℃、810℃、840℃和870℃之間的升高，GCr15SiMn鋼試樣的維氏硬度呈現(xiàn)出遞增的趨勢(shì)。影響GCr15SiMn鋼硬度的主要因素是鋼中馬氏體組織的相對(duì)的含量。隨著加熱溫度在780℃、810℃、840℃和870℃之間的升高，組織中奧氏體化程度的不斷增加，使后續(xù)水淬時(shí)所產(chǎn)生的馬氏體的含量出現(xiàn)增加的現(xiàn)象，從而我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中測(cè)得的GCr15SiMn鋼維氏硬度不斷升高。隨著加熱溫度升高，GCr15SiMn鋼中奧氏體的形成速率迅速增加，為后期所形成的馬氏體組織提供了更加多的“組織準(zhǔn)備”。試樣鋼中的奧氏體的形成量增加非常多，沒有發(fā)生溶解的碳化物，都以顆粒狀的形態(tài)存在于鋼中馬氏體相區(qū)中，這樣的分布形式提高了GCr15SiMn鋼試樣的硬度。

新時(shí)期下，隨著我國電廠企業(yè)的持續(xù)深化改革，雖然其整體競(jìng)爭(zhēng)力不斷提升，但是依然存在諸多問題。同時(shí)，在以往國有企業(yè)管理模式下，電廠企業(yè)內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)存在重疊和交叉的情況，對(duì)企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展形成了制約。因此，電廠企業(yè)要對(duì)內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過扁平化管理方式，提升組織結(jié)構(gòu)的合理性，在招聘員工過程中，也要遵循人盡其才的原則，按照員工能力分配工作崗位，保證員工在適合的崗位中充分發(fā)揮其能力和才智。

4 結(jié)論

本論文研究了不同加熱溫度在同一保溫時(shí)間對(duì)GCr15SiMn滲碳體數(shù)量和形貌的影響規(guī)律，從而明確了加熱溫度對(duì)于實(shí)驗(yàn)鋼顯微組織和硬度的影響并得到如下主要結(jié)論：

(1)隨著加熱溫度升高(780℃～870℃)，奧氏體晶界處的網(wǎng)狀碳化物逐漸熔化溶解。珠光體組織從最初的連續(xù)的片狀熔化，然后慢慢的球化一直到消失。隨著滲碳體的溶解，原始珠光體和滲碳體的周圍的基體中的碳含量逐漸增加。馬氏體組織的比例隨加熱溫度的升高而增加，而珠光體組織的含量隨加熱溫度的升高而降低。隨著加熱溫度升高(780℃～870℃)，GCr15SiMn鋼試樣的奧氏體化程度在增加。當(dāng)我們把加熱溫度加到870℃的時(shí)候，同時(shí)在保溫100s的條件狀況下，GCr15SiMn鋼試樣的奧氏體化基本完成，隨后在水淬過程中獲得的馬氏體組織含量是最大的。隨著加熱溫度的升高，實(shí)驗(yàn)所得GCr15SiMn鋼試樣的硬度繼續(xù)增加，且增幅不大，因此溫度是影響晶內(nèi)馬氏體組織的相對(duì)含量的一個(gè)重要因素；

(2)保溫時(shí)間為100s時(shí)，隨著加熱溫度在780℃、810℃、840℃和870℃之間的增加，實(shí)驗(yàn)試樣的馬氏體組織含量增加，而珠光體組織含量降低，且實(shí)驗(yàn)試樣顯微硬度持續(xù)提高，當(dāng)加熱溫度為810℃的時(shí)候，不管是奧氏體晶界處網(wǎng)狀碳化物的熔斷還是珠光體組織中的滲碳體的片層溶解都明顯開始。當(dāng)加熱溫度到達(dá)840℃的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)試樣的顯微硬度急劇升高，此時(shí)試樣中的碳化物溶解更充分，奧氏體化程度更高。

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