碳含量及熱處理工藝對一種鑄鋼力學(xué)性能的影響_圖文

1、碳含量及熱處理工藝對一種鑄鋼力學(xué)性能的影響賈崇林 李振瑞 韓峰 牛永吉（北京北冶功能材料有限公司，北京100192）摘要：研究了碳含量及熱處理工藝對ZG20Cr3Mo 鑄鋼的力學(xué)性能和組織的影響。結(jié)果表明：隨碳含量增高，析出的碳化物數(shù)量增多，碳化物顆粒釘扎鐵素體相晶界和位錯作用增強，導(dǎo)致該鑄鋼的強度、硬度增高而鋼的延伸率降低，沖擊功呈降低趨勢。在650700回火處理時，獲得的組織為回火索氏體+碳化物，且隨回火溫度的升高，鋼的強度降低，塑性得以改善。隨回火時間延長，碳化物聚集長大，鋼的強度、硬度降低，而延伸率增高。 關(guān)鍵詞：碳含量、熱處理工藝、ZG20Cr3Mo 鑄鋼、力學(xué)性能The Effec

2、t Of C Content and Heatment Technologyon Mechanical Properties Of A Cast SteelJIA Chonglin, LI Zhenrui, NIU Yongji(Beijing Beiye Functional Material Corporation,Beijing 100192ABSTRACT This paper introduces the effect of C content and heat treatment technology onmechanical properties and microstructu

3、re of cast steel ZG20Cr3Mo. Test resuts show that with C content increasing,more carbides will precipitate and carbide particles that pin down at ferritic grain boundary and dislocation will make strength and hardness of the cast steel increase while elongation and impact toughness decline.When temp

4、ered between 650700,microstructure of cast steel is tempered sorbite and carbide. With the tempering temperature increasing ,strength of the cast steel is declined and plasticity can be improved. When tempering time extend,carbide particles will gather and grow, so the strength and hardness of the c

5、ast steel are reduced and the elongation is raised.KEY WORDS C content，heat treatment technology，ZG20Cr3Mo cast steel，mechanical propertiesZG20Cr3Mo 是一種不含Ni 的新型低合金鑄造結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的塑性、韌性及工藝性能，可用于制造航空發(fā)動機附屬件及飛機的受力構(gòu)件。由于ZG20Cr3Mo 鋼碳含量范圍較寬（0.25%），另外，該鑄鋼沒有標(biāo)準(zhǔn)的熱處理工藝可依循，在對該材料國產(chǎn)化試制過程中，發(fā)現(xiàn)其力學(xué)性能對鋼的碳含量及熱處理工藝十分敏感。為使該鋼的力學(xué)

6、性能達(dá)到技術(shù)要求，確定該鋼合理的碳含量控制范圍及不同碳含量下的熱處理制度顯得格外重要。本文研究了碳含量及熱處理工藝對該鑄鋼組織和性能的影響，為ZG20Cr3Mo 鋼的成分控制及確定最佳熱處理工藝提供依據(jù)。1、材料和試驗方法試驗用料是在800Kg 中頻感應(yīng)爐上冶煉的。主要成分為：C 0.11，Si 0.51，Mn 0.53，Cr 2.81，Mo 0.49，Cu 0.11，F(xiàn)e 余。為研究不同碳含量和不同熱處理工藝對鋼的組織和性能的影響，在上述成分基礎(chǔ)上用10Kg 高頻感應(yīng)爐澆注3爐梅花試樣。爐號分別為：1#、2#、3#。這三爐試樣的碳含量分別為（wt-%）：0.13%、0.18%、0.20%。研

7、究碳含量對鋼的組織和性能的影響所用試樣的熱處理制度為：900/80min，爐冷至500出爐+ 900/80min，油淬+ 600/100min，空冷。對3#鋼的部分試樣采用不同的回火制度，研究了回火溫度（650700）和回火時間等參數(shù)對該鑄鋼的組織和性能的影響，所用的熱處理工藝見表1。利用掃描電鏡對不同碳含量、不同熱處理試樣的顯微組織及拉伸斷口形貌進(jìn)行了觀察和分析。表1 3#試驗用鋼的熱處理工藝 2、試驗結(jié)果與分析2.1 碳含量對鋼的力學(xué)性能和組織的影響不同碳含量對1#、2#、3#鋼的性能的影響見圖1-圖3所示。由圖1-圖3可看出，在同一熱處理制度下隨碳含量增高，鋼的抗拉強度、屈服強度增加，而

8、鋼的延伸率降低、沖擊功也呈降低的趨勢。圖1碳含量對室溫拉伸強度的影響Fig.1 The effect of C content on room temperaturetensile strength of cast steel ZG20Cr3Mo鋼的拉伸斷口顯示：隨碳含量增高，顯微組織中韌窩減少，鋼的塑性韌性有所降低，見圖4。ZG20Cr3Mo 鑄鋼具有良好的淬透性。由于不含Ni 減少了導(dǎo)致鋼的Ms 點下降的因素，從而減少了淬火后殘余奧氏體的數(shù)量，900淬火得到較多的馬氏體。鋼經(jīng)600回火后，其顯微組織為回火索氏體+碳化物組織，見圖5。析出的碳化物主要是M 23C 6型碳化物。在600回火下馬

9、氏體分解完全，鐵素體晶粒發(fā)生再結(jié)晶。隨碳含量增高，析出的碳化物數(shù)量增多，碳化物顆粒釘扎鐵素體相晶界和，位錯作用增強，導(dǎo)致鋼的強度、硬度增高，而塑性降低12。 圖2 碳含量對延伸率的影響 圖3 碳含量對沖擊韌性的影響 Fig.2 The effect of C content on Fig.3 The effect of C content on elongation of cast steel ZG20Cr3Mo toughness of cast steel ZG20Cr3Mo ab（a ）0.13% （b ）0.20%圖4 鋼的斷口形貌Fig.4 The fracture morpholo

10、gy of cast steel ZG20Cr3Mo a（a ）1#bc（b ）2# （c ）3#圖5碳含量對鋼的回火組織的影響Fig.5 The effect of C content on room temperingmicrostructure of cast steel ZG20Cr3Mo回火溫度對鋼的力學(xué)性能的影響見圖6、圖7所示：隨回火溫度升高（650700），鋼的抗拉強度降低，而鋼的延伸率增加。這是因為隨著回火溫度的升高，碳的擴散加劇，基體中碳濃度降低，固溶強化減弱；碳化物發(fā)生粗化，對位錯釘扎作用減弱，使得鋼的強度降低，塑性得以改善。圖8是3#試驗用鋼在650回火下的顯微組織，為

11、回火索氏體+碳化物組織3，析出的碳化物仍然是以M 23C 6型為主。圖6 回火溫度對鋼的抗拉強度的影響 圖7 回火溫度對鋼的延伸率的影響 Fig.6 The effect of tempering temperature Fig.7 The effect of tempering temperature on tensile strength of cast steel on elongation of cast steel圖8 650的回火組織Fig.8 The microstructure of cast steel after tempered at 650表2是回火時間對3#試驗鋼的性

12、能的影響。從表2可以看出，在相同的回火溫度680下，隨回火時間的延長，鑄鋼的強度和硬度降低，而延伸率增高。 鋼的回火過程是碳化物不斷從馬氏體中析出、聚集和長大的過程。在高溫回火下隨著時間的延長，這一過程進(jìn)行得更加充分。圖9是回火時間對鋼的組織的影響。從圖9可見，在680高溫回火下，隨回火時間延長，碳化物聚集長大明顯，且有連接趨勢，表現(xiàn)在鋼的性能上，其強度、硬度降低，而延伸率增高4。 表 2 回火時間對鋼的力學(xué)性能的影響 力 回火時間/ min 60 b/ MPa 865 860 80 720 775 0.2/ 學(xué) 性 能 MPa /% 19 17 22 20 HB 245 240 215 23

13、0 720 710 585 660 a b （a）60min 圖 9 回火時間對鋼的組織的影響 （b）80min Fig.9 The effect of tempering time on microstructure of cast steel ZG20Cr3Mo 綜上分析，ZG20Cr3Mo 鋼的碳含量和回火工藝都顯著影響其力學(xué)性能。所以，為了使該鑄鋼 的力學(xué)性能達(dá)到技術(shù)要求，必須合理控制鋼的碳含量范圍，并且可以通過改變回火溫度或回火時間 來確定不同碳含量下的鑄鋼的熱處理制度。在較高的碳含量下可采用較高的回火溫度或較長的回火 時間，反之，在較低的碳含量下則可采用較低的回火溫度或較短的回火時間。 3、結(jié)論 （1）隨碳含量增高，析出的碳化物數(shù)量增多，碳化物顆粒釘扎鐵素體相晶界和位錯作用增強，導(dǎo)致 ZG20Cr3Mo 鑄鋼的強度、硬度增高而鋼的延伸率降低，沖擊功呈降低趨勢。 （2）ZG20Cr3Mo 鑄鋼在 650700回火處理時，獲得的組織為回火索氏體+碳化物，且隨回火 溫度升高，鋼的強度降低，塑性得以改善。隨回火時間延長，碳化物聚集長大，鋼的強度、硬度降 低，而延伸率增高。 6 參考文獻(xiàn)： 1吳占文等. 熱處理對 ZG30Si2Mn3REB 鋼組織和性