一次正火與兩次正火對ZG15Cr1Mo1V材料性能和組織的影響

肖章玉 曾國成 寧德林

(中國第二重型機械集團公司，四川618000)

一次正火與兩次正火對ZG15Cr1Mo1V材料性能和組織的影響

肖章玉 曾國成 寧德林

(中國第二重型機械集團公司，四川618000)

通過對ZG15Cr1Mo1V材料進(jìn)行兩次正火+回火與一次正火+回火的熱處理，了解兩種熱處理方式對該材料室溫力學(xué)性能和組織的影響。

ZG15Cr1Mo1V；正火；力學(xué)性能；金相組織

ZG15Cr1Mo1V材料屬于熱強鋼，導(dǎo)熱系數(shù)小，剛度大，常在高溫下工作，多用于電站汽輪機缸體等鑄件[1]。某廠訂貨的ZG15Cr1Mo1V材料中壓內(nèi)缸等鑄件的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求采用兩次正火加高溫回火的方式，且第二次正火的溫度相對于第一次正火溫度大幅度降低，致使出現(xiàn)一定程度的混晶現(xiàn)象，引發(fā)性能不穩(wěn)定。為解決這一突出問題，分析該材料熱處理機理，探討了一次正火加高溫回火的熱處理方式，與標(biāo)準(zhǔn)要求的兩次正火加高溫回火進(jìn)行了材料力學(xué)性能、金相組織的對比。

1 試料準(zhǔn)備及技術(shù)要求

1.1 試料準(zhǔn)備

根據(jù)缸體產(chǎn)品的最大截面積，澆注了兩個400 mm×400 mm×350 mm的大試塊，一個做一次正火熱處理，另一個做兩次正火熱處理，但同爐回火熱處理。正回火之后再按圖1進(jìn)行切割。

為方便比對，以1#代表一次正火熱處理加高溫回火，2#代表二次正火加高溫回火，依據(jù)圖1標(biāo)識，A代表試塊表面，C代表試塊中心。2#加工標(biāo)記同上。

1.2 技術(shù)要求

該材料按某廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求冶煉產(chǎn)品的成品成分如表1所示。

該材料的力學(xué)性能要求如表2所示。

(a)取樣示意圖(b)1#-A試料加工示意圖(c)1#-C試料加工示意圖

表1 ZG15Cr1Mo1V鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of ZG15Cr1Mo1V steel (mass fraction, %)

表2 ZG15Cr1Mo1V鋼力學(xué)性能要求Table 2 The mechanical property requirements of ZG15Cr1Mo1V steel

表3 1#、2#試塊熱處理工藝試驗方案Table 3 The test scheme of heat treatment process for 1# and 2# test block

2 ZG15Cr1Mo1V試塊正回火工藝試驗

2#試塊采用兩次正火+高溫回火的熱處理方式，第一次正火目的在于使鋼中合金元素充分?jǐn)U散達(dá)到均勻化的效果；第二次正火+高溫回火目的在于細(xì)化晶粒，改善組織，提高鑄件綜合力學(xué)性能[2-4]。1#、2#熱處理試驗的具體過程如下，在進(jìn)行第一次正火熱處理時，將兩個大試塊放于同一熱處理爐中加熱保溫，在冷卻時， 1#試塊進(jìn)行噴霧，2#試塊進(jìn)行鼓風(fēng)冷卻。之后，2#試塊再進(jìn)行990℃的正火熱處理，隨后1#、2#試塊再同爐回火熱處理。具體熱處理工藝如表3所示。

通過上述熱處理后，進(jìn)行了拉伸、沖擊和顯微組織試驗，分別按照GB/T 228、GB/T 229和GB/T 13298中規(guī)定的方法進(jìn)行試驗，其結(jié)果如表4所示。

由表4可見，強度方面，1#試樣與2#試樣在正回火后的抗拉強度差異很小，但1#試樣比2#試樣的屈服強度總體高約15 MPa，主要原因在于1#大試塊比2#大試塊正火溫度更高，過冷度更大，促使屈服強度更高。1#，2#試塊的外層試塊的強度與各自心部試塊的強度差別不大，硬度也幾乎相當(dāng)。 沖擊功方面，1#、2#有高有低，但1#、2#的A試塊均大幅度高于C試塊，其主要原因在于A試塊在表面，C試塊在心部，A試塊較C試塊淬火效果更好，所以沖擊功更好。

1#、2#各個區(qū)域電子金相照片如圖2所示。

由圖2可見，組織均為回火貝氏體。1#試塊組織均勻，晶粒細(xì)??；2#試塊存在大片狀板條貝氏體組織。就晶粒度而言，1#試樣總體比較均勻，也比較細(xì)小；2#試樣普遍存在混晶現(xiàn)象，個別粗大晶粒甚至達(dá)到70%，這對沖擊韌性極為不利。主要原因在于該種材料屬于Cr-Mo鋼，其中Cr、Mo有延緩過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的作用，且可擴大貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍。Mo強烈抑制珠光體轉(zhuǎn)變而對貝氏體轉(zhuǎn)變影響很小，因而易于發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變，該組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉瞧胶鈶B(tài)組織，容易存在組織遺傳[5]。當(dāng)再次進(jìn)行正火時，原有晶粒得到部分遺傳保持，又會產(chǎn)生奧氏體的形核和長大，所以正火次數(shù)的增加使得混晶現(xiàn)象更加明顯。

3 結(jié)論

(1)一次正火與兩次正火相比較，抗拉強度差異小，屈服強度略高。表層與心部強度差異較小。

(2)一次正火與兩次正火相比較，沖擊功有高有低，但總體而言，表層沖擊功均高于心部沖擊功。

(3)一次正火與兩次正火相比較，前者晶粒更加細(xì)小均勻，后者有粗大晶粒且存在混晶現(xiàn)象。

表4 ZG15Cr1Mo1V材料兩次正火與一次正火后力學(xué)性能及顯微組織比較Table 4 Comparison of mechanical properties and microstructure of ZG15Cr1Mo1V material after twice normalizing and once normalizing

(a)1#-C-5(b)1#-A-5(c)1#-C-9(d)1#-A-9(e)2#-C-5(f)2#-A-5(g)2#-C-9(h)2#-A-9

[1] 李曉宏，王曉燕，趙秀峰.ZG15Cr1Mo1V閥室熱處理工藝研究：第十一次全國熱處理大會論文集[C].2015.

[2] 冶金部鋼鐵研究總院.難熔金屬斷口分析圖譜[M].北京：科學(xué)出版社，1991.

[3] Sharma I G,Chakraborty S P, Suri A K.Reparation of TZM alloy by aluminothermic smelting and ist characterization[J].Joumal of Alloys and Compounds,2005,393:122-128.

[4] 吳新光，杜曉斌.TZM合金及其特性[J].中國鉬業(yè)，2005,29(5)：30-31.

[5] 楊順田.珠光體耐熱鋼ZG15Cr1Mo1V一次奧氏體化工藝研究[J].熱加工工藝，2015，44(8)：209-214.

編輯 杜青泉

Influence of Different Heat Treatment Process on Microstructure and Properties of ZG15Cr1Mo1V Materials

Xiao Zhangyu, Zeng Guocheng, Ning Delin

The influence of two different heat treatment process on mechanical properties at room temperature and microstructure has been understanded by carrying out twice normalizing + tempering heat treatment and once normalizing + tempering heat treatment for ZG15Cr1Mo1V material.

ZG15Cr1Mo1V; normalizing; mechanical property; metallographic structure

2016—10—20

肖章玉(1965—)，男，高級工程師，主要從事大型鑄鋼件熱處理工藝研究。

TG156

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