55SiMnMo 釬鋼材料相變轉(zhuǎn)變點(diǎn)的測定及其組織觀察

程巨強(qiáng)，劉志學(xué)，劉安康

（西安工業(yè)大學(xué)材料與化工學(xué)院，陜西 西安 710032）

55SiMnMo 屬于 Si-Mn-Mo 系中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼，是結(jié)合我國國內(nèi)資源與生產(chǎn)條件研制的鑿巖釬具用鋼之一，熱處理空冷時(shí)組織主要為貝氏體、鐵素體和殘余奧氏體[1～2]，屬于無碳化物貝氏體組織，這種組織具有較高的疲勞強(qiáng)度和良好的強(qiáng)韌性和低缺口敏感性[3～4]。55SiMnMo 在釬桿的制造過程中， 需要熱處理以提高其使用性能，因此確定熱處理加熱溫度參數(shù)顯得非常重要，而熱處理工藝參數(shù)的選擇主要依據(jù)是材料加熱時(shí)的相變溫度，如Ac3 點(diǎn)等，對于金屬材料和合金材料相變轉(zhuǎn)變溫度測定，主要的方法有熱分析法、膨脹法、電阻法等[5]，這些方法測定需要專用的儀器或設(shè)備，測定成本較高，本試驗(yàn)采用硬度測試及配合組織觀察的方法，簡單易行，特別適用于一般企業(yè)測定金屬及合金材料的相變溫度，對制定熱處理工藝具有重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)方案及過程

試驗(yàn)材料為釬具用材料55SiMnMo中空鋼，試樣狀態(tài)為熱軋態(tài)。 測定相變點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)熱處理設(shè)備為SXS-15-13 型電阻爐，加熱時(shí)為了防止氧化，試樣用熱處理加熱保護(hù)液進(jìn)行保護(hù)加熱，硬度試驗(yàn)在HT-320 全洛氏硬度儀上進(jìn)行；組織觀察在Nikon EPIPHOT300 金相顯微鏡上進(jìn)行， 組織腐蝕液采用4%硝酸酒精溶液。 中空鋼經(jīng)線切割加工成φ15mm×10mm 的試驗(yàn)試樣。 不同熱處理加熱溫度確定為：600、650、670、680、690、700、710、720、730、740、750、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900 ℃，保溫 20 min，水冷。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 不同淬火溫度下硬度的變化

圖1 是不同溫度淬火55SiMnMo鋼硬度隨淬火溫度變化曲線。從圖中可以看出， 熱處理加熱溫度小于720℃，實(shí)驗(yàn)材料的硬度隨加熱溫度升高而降低，超過720℃加熱，隨加熱溫度的提高，實(shí)驗(yàn)材料的硬度增加，超過790℃加熱， 實(shí)驗(yàn)材料的硬度變化不明顯，其硬度值基本保持不變。

圖1 55SiMnMo 鋼硬度隨加熱溫度的變化曲線

分析圖 1，55SiMnMo 鋼硬度值隨加熱溫度變化的原因與不同溫度加熱淬火組織的變化有關(guān)， 由于熱軋態(tài)55SiMnMo 具有一定貝氏體淬透性，熱軋后空冷材料的組織為貝氏體組織和殘余奧氏體， 當(dāng)淬火加熱溫度低于720℃時(shí)， 試樣材料在加熱過程中隨回火溫度提高，發(fā)生過飽和碳的貝氏體鐵素體的析出和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，形成鐵素體和碳化物組織，由于組織中碳化物的不斷析出，貝氏體鐵素體固溶碳強(qiáng)化作用減小，材料的硬度降低，隨回火溫度的不斷提高，出現(xiàn)碳化物的積聚長大，碳化物彌散強(qiáng)度作用降低，硬度不斷降低。 加熱溫度小于720℃，實(shí)驗(yàn)材料在一定溫度加熱、保溫后水冷，組織仍然為鐵素體和碳化物組織， 淬火前后組織不發(fā)生變化。 當(dāng)淬火溫度超過720℃以后， 實(shí)驗(yàn)材料加熱溫度達(dá)到或超過Ac1，加熱過程部分鐵素體發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變， 加熱保溫的組織中形成部分奧氏體組織， 淬火后部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，試樣材料硬度增加。加熱溫度超過720℃，隨w 加熱溫度的提高，加熱時(shí)組織轉(zhuǎn)變的奧氏體比例越來越多， 淬火后形成馬氏體就越多，硬度不斷提高，當(dāng)加熱溫度超過Ac3， 組織全部發(fā)生奧氏體制轉(zhuǎn)變，淬火后主要獲得馬氏體組織，實(shí)驗(yàn)材料的硬度基本上不發(fā)生變化。

由此可推斷出， 試樣材料的Ac1相變臨界點(diǎn)為720 ℃，試樣材料的Ac3相變臨界點(diǎn)在790 ℃。

2.2 不同熱處理狀態(tài)下的顯微組織分析

圖2 是實(shí)驗(yàn)材料幾個(gè)不同典型加熱溫度淬火的金相組織。試樣材料650℃淬火的組織為： 鐵素體+碳化物組織，如圖2（1），鐵素體板條之間或板條之上有碳化物析出， 組織保持熱軋態(tài)的貝氏體組織形貌。 隨加熱溫度提高，700℃淬火組織形貌仍然保持熱軋態(tài)組織的位相，碳化物析出增加，如圖 2（2）。720℃淬火的顯微組織與700℃類似， 但碳化物球化程度增加，如圖 2（3）。 730℃、750℃加熱淬火組織為：部分細(xì)小的馬氏體+未溶粒狀碳化物，如圖 2（4）、圖 2（5）。 790℃淬火后試樣的顯微組織， 主要為馬氏體， 未溶粒狀碳化物較少， 如圖 2（6）。800℃～890 ℃淬火后的顯微組織為馬氏體和殘余奧氏體組織， 而且隨加熱溫度提高，組織中奧氏體數(shù)量有所增加，馬氏體板條有所粗化，如圖 2（10）。890℃淬火組織明顯比850℃淬火粗化 （圖2（10），且組織中殘余奧氏體量有所增加。

圖2 實(shí)驗(yàn)材料不同溫度加熱淬火的金相組織

3 結(jié)論

（1）對于熱軋態(tài) 55SiMnMo 中空鋼，當(dāng)加熱溫度低于720℃淬火，其淬火硬度隨淬火溫度的升高而降低。 淬火溫度超過730℃，隨淬火溫度升高，硬度升高，超過790℃以后，其硬度值變化較小。

（2） 加熱溫度低于 720℃淬火，金相組織為鐵素體與碳化物。淬火溫度超過730 ℃，組織為鐵素體和馬氏體混合組織，超過790℃后，其淬火組織全部由馬氏體組成。

（3） 硬度法測定 55SiMnMo 加熱時(shí)的相變轉(zhuǎn)變溫度 Ac1 為 720℃，Ac3 為790℃。

[1]劉正義，黃振宗，林鼎文.55SiMnMo 鋼的上貝氏體形態(tài)[J].金屬學(xué)報(bào)，1981，17（2）：148～153.

[2]黎炳雄.釬桿熱處理工藝的選擇[J].鑿巖機(jī)械氣動(dòng)工具，2012（4）：46～53.

[3]洪達(dá)靈，顧太和，徐曙光 等[M].釬鋼與釬具.北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

[4]黎炳雄，趙長有，肖上工 等[M].釬具用鋼手冊.中國釬鋼釬具協(xié)會(huì)，1999.

[5]林慧國，傅代直.鋼的奧氏體轉(zhuǎn)變曲線-原理、測試與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.