65Mn钢_零保温_淬火组织及性能研究

《热加工工艺》 2009年第 38卷第 14期 热处理技术Material & Heat Treatment下半月出版 “零保温”淬火，即淬火加热时工件表面达到 要求的温度后，不再保温，立即冷却处理的淬火工 艺。 65Mn 钢的淬透性较好，强度较高，用于制造 弹簧，应用甚广[1]。 采用传统的淬火工艺，其力学 性能指标可以达到国家要求。 但在采用国外 先进标准组织生产和检验时， 对断面收缩率及冲 击值提出了新的考核要求， 传统的淬火工艺不能 满足其要求 [2-3]，所以对 65Mn 钢需要寻求更为先 进的淬火工艺。 1 实验材料及方法 实验材料为 65Mn 钢， 试样尺寸为 20mm× 20mm×10mm。 将 2个试棒与 2个试样用细铁丝 绑一起，分为 10组，每个淬火温度点两组，分别进 行“零保温”和 20min 保温淬火，且都做好标记， 淬火工艺完成后，每组取出 1个试样，其余 2个试 棒及 1个试样在室温下放入电阻炉中进行 480℃ “零保温”回火。然后，对试样进行打磨、抛光、腐蚀 和拍照；测试其力学性能。 2 实验结果及分析 2.1 力学性能 通过多次测量，求算术平均值，表 1 为不同条 件下的强度值。 由测得的原始数据， 经过数据处 理，得出强度回归方程[3-4]，然后再进行回归方程的 显著性检验，得出显著性：F>F0.025(5，3)。 65Mn钢“零保温”淬火组织及性能研究 冯旭东 1, 王瑞权 2, 杨 刚 3 (1.河南理工大学 材料科学与工程学院, 河南 焦作 454003; 2. 兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重 点实验室, 甘肃 兰州 730050; 3.贵州大学 材料科学与冶金工程学院, 贵州 贵阳 550003) 摘 要：对 65Mn 钢进行不同加热温度、“零保温”和保温 20 min 淬火处理，然后对比分析温度对强度和奥氏 体晶粒度的影响，并分析发生各种变化的原因，通过分析得出强度与奥氏体晶粒度随温度变化的规律。结果表明， 在 850℃时，“零保温”淬火强度值较高，奥氏体晶粒度比较细小。 关键词：“零保温”淬火； 强度； 奥氏体晶粒度； 65Mn 中图分类号：TG156.3 文献标识码：A 文章编号：1001-3814(2009)14-0147-03 Study on Microstructure and Properties of 65 Mn Steel by “Zero Insulation” Quenching FENG Xudong1, WANG Ruiquan2, YANG Gang3 (1. School of Materials Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China; 2. State Key Laboratory of Gansu Advanced Non-ferrous Metal Materials, Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China; 3. Materials Science and Metallurgy Engineering College, Guizhou University, Guiyang 550003, China) Abstract：The “zero insulation” and insulation 20 min quenching at different temperature for 65Mn steel were carried out. Then, the effects of temperature on strength and austenite grain size were analyzed, and the reasons of occuring changes were analyzed. With the temperature changing, the discipline of austenite grain size and strength was obtained. The results show that the best heat treatment process of 65 Mn steel is “zero insulation” quenching at 850℃. Key words：“zero insulation” quenching; strength; austenite grain size; 65Mn 收稿日期:2009-01-16 作者简介:冯旭东(1985-),男,河南登封人,硕士研究生,研究方向为 材料加工;电话:13721466961;E-mail:hpu10@163.com 表 1 不同条件下的强度值分析 Tab.1 The analysis of strength under different conditions 淬火温 度 /℃ 保温时 间 /min 回火温 度 /℃ 强度σb /MPa 淬火温 度 /℃ 保温时 间/min 回火温 度 /℃ 强度σb /MPa 810 0 - 2712 850 0 - 2790 480 1244 480 1359 530 1033 530 1112 580 1061 580 1190 830 20 - 2672 870 0 - 2751 540 1140 480 1320 0 480 1305 530 1093 530 1045 580 1173 580 1085 147 Hot Working Technology 2009, Vol.38,No.14 材料热处理技术 Material & Heat Treatment 2009年 7月 由图 1、表 1 可以看出，试样的强度随淬火温 度升高而增加，直到 850℃时达到最大值，之后随 淬火温度的增加，抗拉强度呈下降趋势；由表 1数 据可知，830℃保温 20min 淬火时，这一点与强度 值略有变化； 整个变化趋势都是随回火温度的升 高其强度逐渐增大。 2.2 奥氏体晶粒度分析 奥氏体晶核首先在铁素体的交界处形成；随 后奥氏体向接触的渗碳体与铁素体两边长大，即 渗碳体逐渐溶解于奥氏体中， 而铁素体通过晶格 改组转变为奥氏体。 亚共析钢加热至 Ac1时，珠光 体开始转变为奥氏体； 剩下的铁素体在温度继续 升高到 Ac3的范围逐渐转变为奥氏体。 图 3 为不同淬火温度保温 20min 及 “零保 温”淬火的金相组织。 由图 3(b)、 (c)可以看出， “零保温”试样的晶粒比保温 20min 的小；从力学 性能来讲， 因为晶粒越小，力学性能越好，所以， “零保温” 淬火后的试样的性能比保温 20min 的 好。这是由于“零保温”淬火的加热时间较短，奥氏 体没来得及长大， 故晶粒细小， 其性能要比保温 20min好。 由图 3 可看出，在 810～870℃，随淬火温度 的升高，晶粒逐渐增大，且晶粒大小趋于均匀化； 从力学性能角度来看，此时，力学性能主要受组织 内铁素体多少的影响，其次受晶粒大小的影响。所 以，对于 65Mn 钢经 810～870℃热处理，力学性 能在 810～850℃时随淬火温度升高而增加；超过 这个温度范围，力学性能随淬火温度升高而降低， 所以，即使是“零保温”淬火，也不能采用过高的加 热温度。 图 1 不同淬火温度、“零保温”淬火后的强度 Fig.1 The strength of sample after “zero heat preservation” at different quenching temperature 1200 1180 1160 1140 1120 1100 1080 1060 810 820 830 840 850 860 870 580℃回火 淬火温度 /℃ 强 度 /M Pa 图 2 不同淬火温度下回火后的硬度 Fig.2 The strength of various quenching temperatures after tempering 硬 度 /H RC 温度 /℃ 65 60 55 50 45 40 35 810 820 830 840 850 860 870 未回火 480℃回火 580℃回火 530℃回火 淬火 148 《热加工工艺》 2009年第 38卷第 14期 材料热处理技术Material & Heat Treatment下半月出版 (上接第 146 页)度的增加，抗拉强度的增加较明 显， 增幅与变形程度的大小有关。 当变形温度为 350 和 400℃时，抗拉强度的增加不显著，并呈现 先增加后稳定的趋势。 (3) MB25镁合金经塑性变形后，抗拉强度得 到不同程度的提高，在 250℃、变形程度为 90% 变形时能获得 340MPa的抗拉强度， 比退火态合 金的抗拉强度提高了 51%。 (4) 175℃ ×10 h 的人工时效处理对变形 MB25 镁合金的抗拉强度影响不大， 但能够显著 提高其塑性。 参考文献: [1] 王渠东，丁文江．镁合金及其成型技术的国内外动态与发 展[J]．世界科技研究与发展，2004，26(3)：39-46． [2] Aghion E，Bronfin B．Magnesium alloys development toward the21st century[J]．Materials Science Forum，2000，350-351： 19-28． [3] 姜巨福，罗守靖．等径角挤压对 AZ91D镁合金力学性能 的影响[J]．热加工工艺，2004，(8)：3-8． [4] 刘英， 陈维平．等通道转角挤压后 AZ31镁合金的微观结 构与性能[J]．华南理工大学学报，2004，32(9)：50-53． [5] Yan C， Ye L， Mai Y W． Effect of constraint on tensile behavior of an AZ91 magnesium alloy [J]．Materials Letters， 2004，(58)：3219-3221． [6] Carsia M， Peiialbab F， Larrea M T． Influence of strain rate on the microstructure of a thermo-mechanically processed medium carbon microalloyed steel [J]．Materials Science and Engineering，1997，A234-236：703-706． [7] 张星，张治民，张宝宏，等．变形参数对 AZ31镁合金组织 性能的影响[J]．热加工工艺，2004，(4)：7-11． [8] 张治民，王强，李保成．AZ31 镁合金温变形对其性能影响 的研究[J]．材料科学与工艺，2005，13(6)：637-639． [9] 潘复生，韩恩厚．高性能变形镁合金及加工技术[M]．北 京：科学出版社，2007．264-266． [10] Luo Z P， Zhang S Q． Effect of heat-treatment on the stability of the quasicrystal in a Mg-Zn-Zr-Y alloy [J]．Ad- vanced Performance Materials，1995，2(3)：299-30． 在 850～870℃，其强度随淬火温度升高而将 低。金相分析显示，强硬性的变化与奥氏体晶粒度 有关。 在本试验的工艺条件下，850℃淬火得到的 晶粒最为均匀，但随淬火温度的升高，组织逐渐粗 大，故在 870℃淬火时晶粒最粗大。奥氏体随着温 度的升高，激活原子扩散的能量减小，晶粒长大的 速度增加，奥氏体晶粒开始变粗，钢的强硬度逐渐 降低，奥氏体晶粒中不均匀的碳浓度，使得马氏体 板条束进一步细化，此为组织粗大的原因[5-6]。 “零 保温”淬火省去了奥氏体均匀化的时间，使得奥氏 体晶粒中的碳原子分布不均匀。 奥氏体中不同碳 浓度微区的 MS点不同， 低碳微区 MS点较高，淬 火冷却过程中首先形成马氏体， 高碳微区 MS点 较低， 后生成马氏体， 马氏体转变具有非等温特 性，由于形成温度不同，马氏体片不能穿越不同的 碳浓度区而长大，因此，马氏体被细化，这种细化 必将带来钢的强度的提高。 奥氏体化温度越低， 碳原子分布越不均匀，马氏体板条束尺寸越小，随 淬火温度的升高，碳原子扩散加剧，奥氏体晶粒中 碳浓度趋于均匀，马氏体板条束尺寸增大，钢的强 硬度降低[7]。 3 结论 (1) 65Mn 钢最佳的 “零保温” 淬火温度是 850℃。 按照最佳工艺参数对 65Mn钢进行“零保 温”淬火处理，其强度值达到最高值(2790 MPa)； 由金相分析可知，此时，奥氏体晶粒度比较细小。 (2) 通过对比不同温度下的强度值和奥氏体 晶粒度，在 810～850℃，“零保温”淬火晶粒逐渐 均匀化，组织内铁素体减少，850℃“零保温”淬火 时强度值较高，奥氏体晶粒度比较细小，综合效果 俱佳。 参考文献： [1] 姚建华，方志民，张伟．Study of technique and performance of laser beam welding for W18Cr4V and 65Mn[J]．中国光学 快报，2004，(1)：39-42． [2] 大和久重雄．加热时间与保持时间[J]．铸锻造和热处理 (日)，1984，(7)：10-13． [3] 李安铭，黄丽娟，王向杰，等．25MnV钢“零保温”淬火状态 下的组织与性能[J]．热加工工艺，2007，36(6)：36-38． [4] 崔忠圻．金属学及热处理[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出 版社，1998．113-151． [5] 李章东，赵晓运，和平安．45 钢“零保温”调质处理新工艺 [J]．矿山机械，2004，(7)：92-93． [6] 王学前，陈治娟．零保温加热时间的计算方法及其应用[J]． 热加工工艺，1991，(5)：30-33． [7] 赵晓运，张松青．“零保温”条件下淬火加热时间对 25MnV 钢 性能组织的影响[J]．起重运输机械，2008，(9)：104-106． 149