等溫?zé)崽幚韺?0MnVS顯微組織及硬度的影響_圖文

1、第 25卷第 6期 2007年 11月物 理 測 試P hysics Examination and T estingV ol. 25, No. 6No v. 2007作者簡介 :劉宏玉 (1966 , 男 , 博士 , 副教授 ; E mail:ecnuliu hongyuyahoo. com. cn; 修訂日期 :2007 07 03等溫?zé)崽幚韺?30MnVS 顯微組織及硬度的影響劉宏玉 1, 吳開明 1, 雷應(yīng)華 2, 高亮慶 3, 黃 剛 1(1. 武漢科技大學(xué)應(yīng)用物理系 , 湖北 武漢 430081; 2. 湖北新冶鋼有限公司技術(shù) 部 , 湖北 黃石 435001; 3. 東風(fēng)汽車有

2、限公司工藝研究所 , 湖北 十堰 442001摘 要 :研 究了非調(diào)質(zhì)鋼 30M nVS 奧 氏體化后在 400600 等溫轉(zhuǎn)變的組織構(gòu)成及 顯微硬度變 化 ; 采 用連續(xù)截 面和計(jì)算機(jī)輔助重建法觀察了鐵素體的三維 形貌。結(jié) 果表明 :隨處理溫度的降低 , 針狀鐵素體量 減少 , 貝氏體量 增加 ; 冷卻速度的提高 , 有利于組織的細(xì)化并使針狀鐵 素體數(shù)量增 加。晶界鐵素 體在三維空 間呈彎曲 板狀 ; 晶內(nèi) 鐵素體在夾雜物上形核 , 其三維形貌不同于二維的等軸狀 , 而呈扁長片狀 , 應(yīng)歸屬于針狀鐵素體。 關(guān)鍵詞 :30M nV S; 非調(diào)質(zhì)鋼 ; 鐵素體 ; 三維形貌中圖分類號(hào) :T G1

3、13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1001 0777(2007 06 0001 05Influence of Isothermal Treatments on Microstructures andHardness in 30MnVS SteelLIU H ong yu 1, WU Kai m ing 1, LEI Ying hua 2, GA O Liang qing 3, H UANG Gang1(1. D epar tment o f A pplied P hy sics, Wuhan U niv ersit y of Science and T echno log y, Wuhan

4、430081, Hubei, China; 2. Department of T echnolo gy , H ubeix iny eg ang Company L imit ed, H uang shi 435001, H ubei, China; 3. Institute of P rocessing T echnolo gy , Do ng feng M o tor Co mpany L imited, Shiyan 442001, H ubei, China Abstract:T he microstr ucture and micr ohardness of 30M nV steel

5、 isother mal tr ansfor med at 400600 after aus tenitzing w ere investig ated. T hr ee dimensional mor pho log y of ferr ite w as o bserv ed by ser ial sectioning and co m puter aided reconstructio n techniques. T he r esult s show e t hat t he amount of acicular ferr ite was decreased and bainite in

6、creased w ith the heat treatment temper ature decr easing. T he increase of co oling rat e co nt ributes bo th to the gr ain refinement and increase in acicular ferr ite. T hree dimensional mo rpholog y o f the g rain bo undary ferr ite appear s in a bending plate and that o f t he intrag ranular fe

7、r rite nucleating in inclusions appears in a long lat h w hich belong s t o acicular fer rite rather t han the equiax ed shape in tw o dimension.Key words:30M nVS; no n quenched and tempered st eel; fer rite; three dimensional mo rpho lo gy非調(diào)質(zhì)鋼 以其節(jié)能、 高效而用 于裝備制 造業(yè)。 隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展及節(jié)能環(huán)保的要求 , 采用 非調(diào)質(zhì)鋼制造的汽車保

8、安零部件呈上升趨勢。與相 應(yīng)的調(diào)質(zhì)鋼相比 , 非調(diào)質(zhì)鋼 的缺點(diǎn)是韌性 不足 1。 提高非調(diào)質(zhì)鋼韌性有多種途徑 , 晶內(nèi)鐵素體技術(shù) 2是目前研究最多的一種。與低碳管線鋼和低碳焊接熱影響區(qū)相似 , 中碳 微合金非調(diào)質(zhì)鋼中形成針狀鐵素體 , 使晶內(nèi)顯微組 織細(xì)化 , 裂紋難以擴(kuò)展 , 可大幅度提高材料的韌性 , 因此針 狀 鐵素 體 也 是中 碳 微 合金 鍛 件 追求 的 目 標(biāo) 36。關(guān)于針狀鐵素體的形成機(jī)制 7及其三維形 態(tài)的研究 8還很不完善。中碳非調(diào)質(zhì)易切削鋼針狀 鐵素體的影響因素及其形成研究的報(bào)道很少 9。本文選擇中碳非調(diào)質(zhì)易切削鋼 30M nVS 為研究對象 , 研究了等溫處理工藝對顯

9、微組織構(gòu)成、 顯微硬度的 影響以及針狀鐵素體的形核和三維形貌。1 實(shí)驗(yàn)材料與方法實(shí)驗(yàn)料由湖北新冶鋼有限公司提供 , 其化學(xué)成 分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù) , % 見表 1。 60m m 的 30M nV S 熱軋 圓鋼 , 首先鋸割成 12mm 的薄圓柱體 , 然后加工成 6mm 8mm 12m m 試樣。在 TH ERMECM AST OR Z 熱模擬機(jī)上進(jìn)行等溫?zé)崽幚?, 等溫?zé)崽幚砉?藝曲線見圖 1, 圖中的 工藝曲線標(biāo)號(hào)為相應(yīng)試樣的 編號(hào) , 即 1號(hào) 6號(hào)試樣。其中 5號(hào)試樣為未經(jīng)熱處 理的原始熱軋態(tài) , 圖 1未給出。表 1 30MnVS 的化學(xué)成份Table 1 Chemical compo

10、sition of 30MnVS %C M n S i V S P 0. 331. 480. 570. 100. 0700. 015圖 1 等溫?zé)崽幚砉に囀疽鈭D Fig. 1 Scheme of isothermal heat treatment試 樣 經(jīng) 3%硝 酸 溶 液 腐 蝕 后 , 在 Olym pus BX51M 金相顯微鏡和 Quanta 200掃描電鏡下觀察 顯微組織并 用電鏡附帶的能 譜儀分析微區(qū) 元素成 份。采用 Buehler 硬度計(jì)測量維氏硬度。鐵素體的 三維形貌采用連續(xù)截面和計(jì)算機(jī)輔助重建方法 10, 每層的研磨厚度保持在 0 33 m 。2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2. 1

11、等溫處理的組織16號(hào)試樣的顯微組織見 圖 2。 13號(hào)試樣 等溫轉(zhuǎn)變溫度不同 , 1號(hào)試樣在 600 等溫轉(zhuǎn)變后 形成的顯微組織為大量等軸鐵素體 +大量針狀鐵素 體 +少量珠光體。 500 等溫轉(zhuǎn)變的 2號(hào)試樣 , 針狀鐵素體和珠光體基本消失 , 出現(xiàn)了粒狀貝氏體和 上貝氏體 , 但大量的組織為等軸鐵素體。(a 1號(hào)試樣 ; (b 2號(hào)試樣 ; (c 3號(hào)試樣 ; (d 4號(hào)試樣 ; (e 5號(hào)試樣 ; (f 6號(hào)試樣圖 2 不同處理工藝獲得 的光學(xué)顯微組織Fig. 2 Optical microstructures obtained by different treatment proces

12、ses隨轉(zhuǎn)變溫度的進(jìn)一步降低 , 3號(hào)試樣在 400 等溫 轉(zhuǎn)變 1200s 后 , 上貝氏體和粒狀 貝氏體明顯增多 , 雖然等軸鐵素體依然存在 , 但同 2號(hào)試樣相比 , 已明 顯減少。 4號(hào)試樣與 1號(hào)試樣具有同樣的工藝 , 只 是從 900 冷卻到 600 的速度為 10 /s(圖 1 , 慢于 1號(hào)樣的 30 /s, 這導(dǎo)致 4號(hào)試樣的組織較粗 且針狀鐵素體量減少。未熱處理的熱軋態(tài) 5號(hào)試樣 由大量的等軸鐵素體和片狀珠光鐵或退化珠光體組 成 , 呈現(xiàn)明顯 的帶狀組織。同 14號(hào)試樣 相比 , 5號(hào)試樣的組織粗大 , 珠光體比例較高。 6號(hào)試樣的 等溫處理時(shí)間與其它試樣區(qū)別較大 , 在冷

13、卻到 600 , 完成轉(zhuǎn)變 , 因而得到的組織大部分為板條馬氏體 , 少 部分為鐵素體。而鐵素體中大量為晶界鐵素體 , 少 量為晶內(nèi)鐵素體 , 晶內(nèi)鐵素體呈等軸狀。圖 2(a 、 (f 比較可知 , 隨等溫時(shí)間的延長 , 晶內(nèi)鐵素體的形 核生長速度大于晶界鐵素體。由于 30MnVS 含硫較高 , 鋼中形成較多的點(diǎn)狀 塑性 M nS 夾雜 , 熱軋變形后沿軋向呈條狀分布。這 些夾雜物附近極易腐蝕而 ! 發(fā)黑 , 這從圖 2可明顯 看出。 2. 2 顯微硬度表 2給出了不同處理工藝試 樣的顯微硬度數(shù) 2物理測試 第 25卷表 2 不同等溫處理工藝試樣的 顯微硬度 Table 2 Microhard

14、ness of samples at differentisothermal treatments試樣編號(hào) 123456H V/M Pa227211232230226385對于 13號(hào)試樣而言 , 隨著等溫轉(zhuǎn)變溫度的降低 , 組織中出現(xiàn)硬度較高的貝氏體 , 應(yīng)使試樣的顯 微硬度增加 , 但卻發(fā)現(xiàn) 2號(hào)試樣的硬度降低 , 這可能 是因?yàn)?2號(hào)樣中貝氏體量出現(xiàn)不多 , 且珠光體消失 及等軸鐵素體量增加的緣故。而 6號(hào)試樣由于等溫 轉(zhuǎn)變時(shí)間太短 , 淬火產(chǎn)生了硬度很高的馬氏體 , 其硬 度值最高 (385M Pa 。與未經(jīng)熱處理的熱軋態(tài) 5號(hào) 試樣相比 , 經(jīng)過 600 等溫處理的 1號(hào)試樣的顯微

15、硬度略有提高。其顯微組織中不僅存在較多的針狀 鐵素體 , 而且組織細(xì)化 , 這會(huì)使其它的力學(xué)性能 (特 別是韌性 有較大改善。經(jīng) 400 等溫處理的 3號(hào) 試樣 , 雖然硬度達(dá)到 232MPa, 但具有更細(xì)的顯微組 織 , 韌性同樣會(huì)得到提高。所以比較而言 , 1號(hào)及 3號(hào)試樣的工藝應(yīng)是實(shí)踐中考慮提高韌性的重點(diǎn)。 2. 3 鐵素體的三維形貌為了研究鐵素體尤其是晶內(nèi)鐵素體的形態(tài)及形核 , 采用逐層定量研磨和計(jì)算機(jī)重構(gòu)的方法 10對 6號(hào)試樣的鐵素體進(jìn)行了三維形態(tài)分析。圖 3給出了 晶界及晶內(nèi)鐵素體的二維形貌。晶界鐵素體沿原奧 氏體晶界形成 , 晶內(nèi)鐵素體多伴隨夾雜物形核。圖 3中包圍了夾雜物的晶

16、內(nèi)鐵素體為等軸狀。圖 3中 箭頭所指的晶界鐵素體、 晶內(nèi)鐵素體、 組合晶界與晶 內(nèi)鐵素體的重構(gòu)三維形貌分別示于圖 4。比較圖 3和圖 4(a 、 (b 、 (e 、 (f 沿晶界塊狀析圖 3 6號(hào)試樣鐵素體的二維形貌 Fig. 3 Tw o dim ensional morphology of ferritein No. 6 sample(a 、 (b 晶界鐵素體 ; (c 、 (d 晶內(nèi)鐵素體 ; (e 、 (f 晶界與晶內(nèi)混合圖 4 6號(hào)試樣鐵素體的三維形貌Fig. 4 Three dimensional morphology in No. 6sample出的二維晶界鐵素體在三維空間中呈彎

17、曲板狀。圖 4(c 、 (d 、 (e 、 (f 中的深色部分為夾雜物。對比圖3和圖 4(c 、 (d 、 (e 、 (f 可看出 , 三維晶內(nèi)鐵素體的形狀呈扁長片狀 , 晶內(nèi)鐵素體在一個(gè)方向明顯變 長 , 原二維觀察到的等軸晶內(nèi)鐵素體實(shí)質(zhì)上歸屬于針狀鐵素體。3第 6期 劉宏玉等 :等溫?zé)?處理對 30M nVS 顯微組織 及硬度的影響2. 4 針狀鐵素體的形核利用 SEM 和 EDX 對觀測到的夾雜物和在夾雜 物上 形成的晶內(nèi)鐵素 體進(jìn)行了分析 , SEM 照片及 EDX 分析結(jié)果分別見圖 5和圖 6。可以看 出 , 夾 雜物圖 譜中沒 有出現(xiàn) 明顯的 S 、 Mn 或 V 元素 , 這表明

18、該夾雜物不是 M nS, 也沒有 明顯的 VN 在其上析出。夾雜物的主要 成分由 A l 和 O 構(gòu)成 , 由此推斷該夾雜物應(yīng)為 Al 2O 3, 晶內(nèi)鐵素 體似乎是在 Al 2O 3上形核長大的。但從構(gòu)建三維的 二維連續(xù)組織照片來看 , 晶內(nèi)鐵素體中的夾雜物不是一個(gè)連續(xù)整體 , 在逐層研磨過程中出現(xiàn)過分離及 呈現(xiàn)新的夾雜物或析出物。因此本實(shí)驗(yàn)的晶內(nèi)鐵素 體究竟起源于何種夾雜物或析出物 , 還有待下一步圖 5 6號(hào)試樣的夾雜物 (A 和晶內(nèi)鐵素體 (B Fig. 5 SEM microg raph of inclusion (A and intragranular ferrite (B in

19、No. 6sample(a 夾雜物 ; (b 晶內(nèi)鐵素體圖 6 夾雜物及晶內(nèi)鐵素體的 EDX 譜圖Fig. 6 EDX analysis of inclusion and intragranular ferrite indicated by arrows in Fig. 5深入分析。3 結(jié)論(1 不同等溫?zé)崽幚砉に嚤砻?:隨等溫處理溫 度的降低 , 貝氏體量增加 , 針狀鐵素體量減少 ; 奧氏 體冷至轉(zhuǎn)變溫度的冷卻速度的提高 , 有利于組織的 細(xì)化并使針狀鐵素體數(shù)量增加。(2 晶內(nèi)鐵素體形核及鐵素體三維形貌分析表 明 :晶界形核的鐵素體在三維空間呈 彎曲板狀 ; 晶 內(nèi)形核的鐵素體在三維空間形

20、貌不同于二維的等軸 狀 , 而呈扁長片狀 , 屬于針狀鐵素體。(3 晶內(nèi)鐵素體形核的夾雜物經(jīng)成份檢測不是 MnS, 而是 A l 和 O 為主要成分的化合物。參加本次實(shí)驗(yàn)工作的還有 2003屆本科生于建 平、 饒?jiān)扑?, 2005屆碩士生成 林。感謝 張細(xì)菊老 參考文獻(xiàn) :1 M atlock D K, Kraus s G, Speer J G. M icrostru ctures an d Properties of Direct Cooled M icroalloy Forging Steels J . Journal of M aterials Processing T ech nolo

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