熱處理工藝對22MnB5后橋扭轉(zhuǎn)梁組織和性能的影響

殷平玲

Yin Pingling

（上海匯眾汽車制造有限公司，上海 200122）

熱處理工藝對22MnB5后橋扭轉(zhuǎn)梁組織和性能的影響

殷平玲

Yin Pingling

（上海匯眾汽車制造有限公司，上海 200122）

以22MnB5后橋扭轉(zhuǎn)梁為研究對象，進(jìn)行高頻連續(xù)感應(yīng)淬火和回火熱處理試驗(yàn)。采用金相顯微鏡、顯微硬度儀和萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)等分析測試手段對熱處理件的組織、力學(xué)性能進(jìn)行分析，探討熱處理工藝對其組織及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，高頻連續(xù)感應(yīng)淬火配以回火，可生產(chǎn)出滿足產(chǎn)品要求的后橋扭轉(zhuǎn)梁零件。

22MnB5；高頻連續(xù)感應(yīng)淬火；回火；組織；力學(xué)性能

低合金高強(qiáng)度鋼因性能優(yōu)異和經(jīng)濟(jì)效益顯著，得到越來越廣泛的應(yīng)用，受到國內(nèi)外的極大關(guān)注。目前 TMCP（Thermo Mechanical Control Process，熱機(jī)械控制工藝）技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于低合金高強(qiáng)度鋼的生產(chǎn)過程中，但是對于強(qiáng)度級別較高的板材以及性能穩(wěn)定性和均勻性要求更高的鋼而言，傳統(tǒng)的調(diào)質(zhì)熱處理（淬火+高溫回火）生產(chǎn)工藝仍是無可代替的。調(diào)質(zhì)型高強(qiáng)度鋼因其良好的性能均勻性和組織穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)占據(jù)著主流市場[1-2]。淬火是使鋼強(qiáng)化和獲得某些特殊使用性能的主要方法[3]。淬火的主要目的是使奧氏體化的工件獲得盡可能多的馬氏體，然后配以不同溫度的回火獲得各種需要的性能[4]。

鑒于汽車輕量化、被動(dòng)安全性能對高強(qiáng)度汽車機(jī)構(gòu)的需求日益明顯，22MnB5高強(qiáng)度鋼板廣泛地應(yīng)用于汽車安全件的生產(chǎn)。因此，有必要研究熱處理工藝對22MnB5鋼板組織和性能的影響。

1 材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為GP50后橋扭轉(zhuǎn)梁，其為鞍鋼生產(chǎn)的熱軋酸洗態(tài)的22MnB5高強(qiáng)度鋼板，通過感應(yīng)加熱電阻焊（ERW）接成的（φ 90×3×1070）管材，經(jīng)過正火處理后冷沖壓而成，如圖 1所示，化學(xué)成分見表1。高頻淬火前，試驗(yàn)材料組織為鐵素體和珠光體，如圖2所示，屈服強(qiáng)度在365 MPa左右，抗拉強(qiáng)度在550MPa左右，最終產(chǎn)品力學(xué)性能要求見表2。

圖1 GP50后橋扭轉(zhuǎn)梁

圖2 正火態(tài)組織

表1 22MnB5化學(xué)成分（wt%）

表2 最終產(chǎn)品的力學(xué)性能要求

1.2 試驗(yàn)方案和步驟

圖3 HKTP 超音頻淬火機(jī)床

試驗(yàn)采用的高頻連續(xù)感應(yīng)淬火工藝為：將后橋扭轉(zhuǎn)梁放入HKTP超音頻淬火機(jī)床，如圖3所示，進(jìn)行高頻連續(xù)感應(yīng)淬火處理，淬火溫度1 000℃，所采用的淬火工藝參數(shù)見表 3，淬火介質(zhì)為AQ251，介質(zhì)濃度10%，溫度為22 ℃。將淬火后的試樣放入熱處理爐中進(jìn)行回火處理，回火溫度分別為200 ℃、300 ℃、400 ℃和500 ℃，回火時(shí)間為2 h。

表3 淬火工藝方案

1.3 分析方法

從淬火態(tài)和回火態(tài)工藝加工后的零件切取試樣，進(jìn)行打磨拋光處理后，用4%的硝酸酒精溶液進(jìn)行腐蝕處理，觀察其金相組織。采用型號(hào)為AXIOVRET 40 MAT的蔡司光學(xué)顯微鏡進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析。顯微硬度測試在顯微硬度計(jì)上進(jìn)行。在某型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，拉伸速度為XX mm/min。拉伸試樣采用ISO II標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制備，如圖4所示。利用型號(hào)為X-350A的X射線應(yīng)力儀，如圖 5所示，檢測熱處理后零件表面殘余應(yīng)力，應(yīng)力測試位置如圖6所示。

圖4 拉伸試樣制備示意圖

圖5 X射線應(yīng)力儀

圖6 應(yīng)力測試點(diǎn)位置示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 高頻淬火對后橋扭轉(zhuǎn)梁組織和性能的影響

圖 7所示為零件淬火后的顯微組織，其為低碳馬氏體+少量鐵素體的混合組織。圖8為零件淬火后表面顯微硬度分布，可以看出，各試樣表面顯微硬度均>425，滿足最終產(chǎn)品的要求。表 4為零件淬火后的拉伸試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及延伸率均滿足驗(yàn)收要求。

圖7 零件淬火后顯微組織

圖8 零件淬火后顯微硬度

表4 零件淬火后的力學(xué)性能

圖9 零件淬火后表面應(yīng)力

圖 9為后橋零件在經(jīng)過感應(yīng)淬火熱處理后的表面殘余應(yīng)力分布情況，可以看出，零件表面存在殘余應(yīng)力。

2.2 回火溫度對后橋扭轉(zhuǎn)梁組織和性能的影響

圖10所示為零件淬火后不同回火溫度下的顯微組織?？梢钥闯?，經(jīng)200 ℃回火，組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體；經(jīng)280 ℃回火，組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體+屈氏體組織；經(jīng)400 ℃回火，組織轉(zhuǎn)變?yōu)榍象w；經(jīng)500 ℃回火，組織轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w。

圖10 不同溫度回火后零件的顯微組織

圖11 零件不同溫度回火后的力學(xué)性能

圖12 零件不同溫度回火后的表面應(yīng)力

圖 11所示為不同溫度回火后零件的力學(xué)性能，可以看出，隨著回火溫度的升高，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均有所下降，均低于淬火態(tài)的強(qiáng)度；500 ℃回火時(shí)延伸率明顯升高，200 ℃、280 ℃和 400 ℃回火時(shí)的延伸率均小于淬火時(shí)的延伸率。圖12為零件經(jīng)不同溫度回火后表面的殘余應(yīng)力，可以看出，經(jīng)200 ℃和300 ℃回火，零件表面仍存在殘余應(yīng)力；400 ℃和500 ℃回火后零件表面殘余應(yīng)力基本消失。說明，回火可以減少零件表面的殘余應(yīng)力，且回火溫度越高，殘余應(yīng)力的減少量越大。

3 結(jié) 論

1）通過高頻連續(xù)感應(yīng)淬火熱處理工藝使22MnB5 GP50后橋扭轉(zhuǎn)梁零件滿足產(chǎn)品最終力學(xué)性能要求。

2）淬火后采用回火工藝，可減少零件表面殘余應(yīng)力。

3）通過高頻連續(xù)感應(yīng)淬火配合回火工藝，可生產(chǎn)出符合驗(yàn)收要求的GP50后橋扭轉(zhuǎn)梁零件。

[1]鄒增大，李亞江，尹士科. 低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼焊接及工程應(yīng)用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[2]張蕾，李亞江，將慶磊. 淬火+回火低合金高強(qiáng)鋼焊接的研究現(xiàn)狀[J]. 現(xiàn)代焊接，2010（10）：17-21.

[3]胡光立，謝希文. 鋼的熱處理（原理和工藝）[M]. 西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1993.

[4]崔忠圻，覃耀春. 金屬學(xué)與熱處理[M]. 2版. 北京：機(jī)械工業(yè)出社，2007.

U468.2+1

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2016.05.011

1002-4581（2016）05-0039-04

2016-05-06