不同熱處理工藝對(duì)9SiCr鋼組織性能的影響

徐玉榮,李鳳春,安秀娟

(哈爾濱建成集團(tuán)有限公司,哈爾濱 150030)

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不同熱處理工藝對(duì)9SiCr鋼組織性能的影響

徐玉榮,李鳳春,安秀娟

(哈爾濱建成集團(tuán)有限公司,哈爾濱 150030)

為了提高9SiCr鋼的力學(xué)性能,研究不同熱處理工藝對(duì)9SiCr鋼微觀組織和力學(xué)性能的影響,采用轉(zhuǎn)數(shù)200 r/min、載荷200 N、時(shí)間60 min的工藝方案,對(duì)試樣進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:9SiCr鋼經(jīng)過(guò)不同熱處理后,獲得的馬氏體和碳化物的數(shù)量、大小、形狀及分布各不相同,促使鋼的硬度產(chǎn)生差異,從而使耐磨性能產(chǎn)生差異;經(jīng)過(guò)鹽浴加熱淬火+低溫回火的試樣組織細(xì)小均勻,硬度已經(jīng)較高,耐磨性最好。

9SiCr鋼;熱處理;耐磨性;組織

9SiCr鋼用途廣泛,其淬透性和淬硬性較高,耐回火性較好,優(yōu)于碳素工具鋼。9SiCr可用于制造形狀復(fù)雜、變形小、耐磨性高、低速切削的工具,也常用來(lái)制作長(zhǎng)絲錐、拉刀、板牙等刃具、冷作模具和量具、服役條件要求具有高硬度、高耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。這種低合金工具鋼經(jīng)常規(guī)淬火和低溫回火后硬度雖高(HRC62以上),但脆性較大,使用中往往產(chǎn)生崩刃等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響工具、模具質(zhì)量、可靠性和壽命[1-4]。為了提高低合金工具鋼的力學(xué)性能,筆者研究了熱處理工藝對(duì)9SiCr鋼組織影響,通過(guò)改變基體組織、細(xì)化奧氏體晶粒及改善碳化物的形態(tài)、大小、分布來(lái)提高9SiCr鋼的磨損性能,并分析其影響原因,進(jìn)而為工業(yè)生產(chǎn)選擇最佳的熱處理工藝。

1　實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)采用市場(chǎng)購(gòu)買的9SiCr鋼棒材。截成尺寸為50 mm×15 mm×15 mm的長(zhǎng)方體試樣,預(yù)備熱處理后,再將試樣加工成10 mm×7 mm×7 mm的長(zhǎng)方體,進(jìn)行最終熱處理。最終熱處理采用4種不同工藝,具體工藝參數(shù)見(jiàn)表1。將最終熱處理后的試樣進(jìn)行微觀組織觀察和硬度測(cè)試[5-8]。按照轉(zhuǎn)數(shù)200 r/min、載荷200 N、時(shí)間60 min的工藝方案,進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)[9-11]。對(duì)磨副采用淬火+低溫回火處理后的GCr15鋼圓環(huán),硬度在HRC60以上。

表1熱處理工藝

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1微觀組織分析

圖1為9SiCr鋼五種不同處理后微觀組織。由圖1a可知,9SiCr鋼正火組織為片狀的珠光體,其硬度值最低,不適合直接作為生產(chǎn)實(shí)際中工具鋼的使用,需要對(duì)其淬火提高硬度值,改善其耐磨性能。鹽浴加熱方法能夠使受熱比較均勻,加熱速度較快,試樣的變形量也較小,試樣表面基本無(wú)氧化脫碳現(xiàn)象,而且能夠很快轉(zhuǎn)變工件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu),適用性能比較廣泛。鹽浴加熱淬火時(shí),見(jiàn)圖1d,由于加熱時(shí)間短,加熱速度快,產(chǎn)生的溫差比較大,所以導(dǎo)致奧氏體形核率較高,單位體積內(nèi)形成的晶核核心較多,所得到的奧氏體晶粒也較細(xì)小,淬火冷卻后得到的馬氏體組織也相應(yīng)的較細(xì)小,其碳化物的分布也比較均勻,故淬火冷卻后9SiCr鋼的硬度值較高。分階段加熱淬火比普通加熱淬火的加熱時(shí)間短,形成的奧氏體和碳化物的晶粒較細(xì)小,如圖1c所示。淬火冷卻后所得到的馬氏體和馬氏體基體上的碳化物也較細(xì)小,9SiCr鋼經(jīng)過(guò)分階段加熱淬火后的硬度值較正常淬火略高。由于火焰加熱淬火的加熱速度較快,奧氏體中能夠溶解較多的碳化物,淬火后得到的馬氏體基體中含有較高的碳,所以其硬度值最高。但是,由于分段加熱受熱不均勻,有些地方組織會(huì)較粗大,盡管如此,由于其馬氏體含碳量高,所以其平均硬度仍是最高的。經(jīng)過(guò)不同淬火后的組織在相同的溫度下進(jìn)行回火,淬火組織越細(xì),則回火后析出的碳化物也越細(xì),分布也越均勻,性能越好。

圖1　9SiCr鋼不同熱處理后微觀組織

Fig.1Different heat treatment microstructureof 9SiCr steel

2.2硬度測(cè)試結(jié)果及分析

將五種不同熱處理工藝的試樣進(jìn)行硬度實(shí)驗(yàn)。采用HR-150A型洛氏硬度計(jì)在試樣表面打下6個(gè)硬度點(diǎn)取其平均值作為硬度值,不同熱處理后試樣的硬度值如表2所示。由表2中可以看出,9SiCr鋼經(jīng)過(guò)正火后硬度值最低;經(jīng)過(guò)火焰加熱淬火后硬度最高,并且隨著淬火加熱速度的提高和加熱保溫時(shí)間的縮短其硬度值呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。這是由于加熱速度越快,其形核率越大,同時(shí)保溫時(shí)間短,晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大,使得加熱時(shí)獲得的奧氏體晶粒細(xì)小,淬火冷卻后馬氏體組織也細(xì)小,回火后碳化物也更加細(xì)小,分布更均勻所致。

表2不同熱處理后試樣的HRC平均硬度值

Table 2Average HRC hardness value of sample bydifferent heat treatment

正火普通淬火分階段加熱淬火鹽浴加熱淬火火焰加熱淬火4260616465

2.3磨損性能分析

表3是9SiCr鋼在磨損條件為F=200 N、v=200 r/min、t=60 min時(shí)的磨損量,從表3中可以看出,在相同磨損條件下,經(jīng)過(guò)鹽浴加熱淬火的9SiCr鋼耐磨性最好,盡管經(jīng)過(guò)火焰加熱處理的試樣硬度最高,但其磨損性卻低于鹽浴加熱的試樣,分析其原因是鹽浴較火焰加熱均勻,加熱速度快,最終得到的組織細(xì)小均勻所致。正火試樣硬度低,其耐磨性最差;普通淬火與分階段加熱淬火試樣的耐磨性基本相當(dāng)。從組織圖中也可以證明這一點(diǎn)。綜上所述,9SiCr鋼應(yīng)用在磨損條件下時(shí),最適合采用鹽浴加熱淬火,即可減少氧化脫碳,又可以提高其耐磨性。

表3　不同熱處理工藝后的磨損量

3　結(jié)　論

(1)采用五種不同熱處理工藝,觀察9SiCr 鋼的微觀組織和耐磨性能。9SiCr鋼經(jīng)鹽浴加熱處理后組織細(xì)小,均勻,硬度較高,耐磨性最好。

(2)采用火焰加熱處理后,9SiCr鋼雖然硬度最高,但是組織粗細(xì)不均勻,影響其耐磨性。

(3)分階段加熱相對(duì)于普通淬火加熱,加熱速度提高不大,組織性能變化也不大。

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(編輯徐巖)

Effect of different heat treatments on microstructure and properties of 9SiCr steel

XU Yurong,LI Fengchun,AN Xiujuan

(Harbin Jian Cheng Group Corporation,Harbin 150030， China)

This paper is devoted specifically to improve the mechanical properties of 9SiCr steel.The improvement is best effected identifying the effect of different heat treatment on the microstructure and mechanical properties and running wear experiment on samples using process scheme consisting of rotating speed of 200 r/min,applied load of 200 N and wearing time of 60 min.The results demonstrate that different heat treatment of 9SiCr steel produces varying amount,sizes,shape and distribution of martensite and carbide,with the consequent differences in the hardness of the steel,thus inducing distinctive wear resistance;and the heat treatment using salt bath quenching and low temperature tempering provides the fine and uniform microstructure of 9SiCr steel,contributing to a higher hardness and best wear resistance.

9SiCr steel； heat trectment； wear resistance； microstructure

2015-03-03

徐玉榮(1974-),女,黑龍江省哈爾濱人,工程師,研究方向:熱處理及表面處理,E-mail:wsh-wangshuhua@163.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2015.02.020

TG142.73

2095-7262(2015)02-0209-03

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