回火溫度對(duì)中碳合金鋼4Cr5MoSiV1Nb組織和性能的影響

仉炳懿

哈電集團(tuán)(秦皇島)重型裝備有限公司 河北 秦皇島 066206

中碳合金鋼4Cr5 MoSiV1Nb具有硬度高、強(qiáng)耐磨性和韌性的特點(diǎn),能夠在模具生產(chǎn)、盾構(gòu)刀圈、車輪用鋼等各行各業(yè)中廣泛的應(yīng)用。在生產(chǎn)加工的過(guò)程中,為了能夠確保中碳合金鋼4Cr5 MoSiV1Nb的整體硬度和剛度,保證其耐磨性,必須要采取積極措施對(duì)中碳合金鋼4Cr5 MoSiV1Nb的碳化物元素進(jìn)行有效優(yōu)化,確保其綜合性能得到有效提高。

一、回火溫度對(duì)中碳合金鋼4Cr5MoSiV1Nb的實(shí)驗(yàn)分析

在整體實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中,通過(guò)將實(shí)驗(yàn)材料切割成11mm×11mm×56mm 的熱處理試塊,并且利用箱式電阻爐進(jìn)行加熱,保證溫度升高至1050℃,經(jīng)過(guò)40分鐘保溫之后,移至溫室淬火之后,試樣溫度維持在200-600℃之間,通過(guò)兩次回火保證回火溫度,保溫時(shí)間在兩小時(shí)以上,然后冷卻至室內(nèi)溫度,不同的回火溫度通過(guò)處理三個(gè)試樣,并且在不同的熱處理?xiàng)l件下,根據(jù)國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)采用洛氏硬度計(jì),對(duì)試樣的硬度值進(jìn)行測(cè)量,根據(jù)不同的回火溫度,制取金相試樣進(jìn)行全面的分析。并且利用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡分析,采用能譜儀對(duì)試樣進(jìn)行掃描和觀察。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)不同的熱處理之后,試樣力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如下,其中硬度曲線呈現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢(shì),并且在達(dá)到600℃之后再次下降,二次硬化處于300℃左右,開始并且在550℃達(dá)到了高峰,所以溫度也呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì),根據(jù)這樣的現(xiàn)象能夠明確當(dāng)過(guò)飽和的α固溶體析出大量的彌散碳化物,造成組織固溶強(qiáng)度的降低,而且硬度下降,并且材料經(jīng)過(guò)回火處理形成馬氏體組織,釋放了自身的壓力,加強(qiáng)了沖擊的韌性,在試樣淬火之后,經(jīng)過(guò)淬火反應(yīng)的板條馬氏體和殘余奧氏體以及少量的未溶的細(xì)小彌散分布的碳化物,也處于高熔點(diǎn)的晶界,這樣也就能夠有效阻止晶界析出的情況。另外是要在不同的溫度下經(jīng)過(guò)兩次的回火,能夠明確在明暗相間的條帶組織分別對(duì)應(yīng)明暗條帶的能譜分析,并且發(fā)現(xiàn)明亮帶的區(qū)域各質(zhì)量相對(duì)較高,所以暗條帶,實(shí)際上是因?yàn)椴煌暮t質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異而導(dǎo)致耐腐蝕性存在明顯的差異,由于回火溫度比較高,所以能夠促進(jìn)中碳合金鋼4Cr5 MoSiV1 Nb元素快速擴(kuò)散,帶狀偏析也會(huì)有明顯減弱的趨勢(shì)。

在不同溫度回火組織的實(shí)驗(yàn)中,由于回火的溫度非常低,所以原馬氏體形態(tài)非常的均勻,當(dāng)回火溫度升高至350℃左右,回火馬氏體的形態(tài)會(huì)發(fā)生明顯的變化,而且有少量細(xì)胞狀析出物,碳化溫度升到400℃時(shí),則析出物的數(shù)量會(huì)明顯增多,在550℃原馬氏體的板條會(huì)明顯的變短變寬,并且呈現(xiàn)出粗化的問題,板條之間也會(huì)有細(xì)小的短棒狀析出物,并且經(jīng)過(guò)電子衍射分析,屬于M3C 結(jié)構(gòu)中碳合金鋼4Cr5MoSiV1Nb滲碳體,這種短棒狀物體非常的細(xì)小,通過(guò)能譜儀無(wú)法快速準(zhǔn)確的進(jìn)行定位。而根據(jù)眾多相關(guān)的研究顯示,鉻在α鐵離子中會(huì)呈現(xiàn)出明顯的擴(kuò)散情況,并且在溫度為400℃時(shí)進(jìn)行回火處理,鉻會(huì)向低溫回火析出的M3C 中碳合金鋼4Cr5MoSiV1Nb滲碳體明顯富集,如果濃度達(dá)到一定條件下,還能夠成為M7C3型碳化物,另外鉬釩的擴(kuò)散溫度在500-550℃左右,也會(huì)生成M2C和M7C3析出物。根據(jù)這樣的結(jié)果顯示通過(guò)對(duì)短棒析出物進(jìn)行判斷,系棒狀中碳合金鋼4Cr5MoSiV1Nb碳體所生成的界面,或多或少都會(huì)產(chǎn)生開裂的情況,另外細(xì)棒狀析出物的尖端生產(chǎn)應(yīng)力也會(huì)更加的集中,細(xì)棒狀碳化物,晶界析出也會(huì)對(duì)中碳合金鋼4Cr5 MoSiV1Nb造成不良的沖擊韌性,在回火處理過(guò)程中,中碳合金鋼4Cr5 MoSiV1Nb中存在著大量的鉻帶狀偏析,這樣的結(jié)果也會(huì)導(dǎo)致鉻的不均勻分布,偏析問題明顯增加,而且對(duì)整個(gè)中碳合金鋼4Cr5 MoSiV1Nb的沖擊韌性造成不良影響,所以在回火中碳合金鋼 4Cr5 MoSiV1 Nb制備時(shí)必須要加強(qiáng)對(duì)鉻均勻分布,進(jìn)行合理化控制,這樣才能夠確保中碳合金鋼4Cr5 MoSiV1 Nb的沖擊韌性有效提高。此外所有的顆粒狀析出物,通過(guò)分析顯示主要為釩碳化物,隨著回火溫度逐漸由550℃上升至640 度左右,其中析出物顆粒明顯提升,當(dāng)M 2C 和M7C3 碳化物逐漸穩(wěn)定變形之后會(huì)失去明顯的板條狀形態(tài),原有的組織會(huì)出現(xiàn)明顯的減弱,所以硬度下降,根據(jù)回火溫度上升的趨勢(shì)判斷,各原子擴(kuò)散能力非常強(qiáng),而且不均勻偏析,水平比較低原有的晶界細(xì)小短棒狀鉻中碳合金鋼4Cr5 MoSiV1 Nb滲碳析出物也消失,通過(guò)加入微量的富鈮能夠使得晶粒細(xì)化,再經(jīng)過(guò)回火處理,起到二次硬化的作用,確保整個(gè)中碳合金鋼4Cr5 MoSiV1 Nb的硬度得到明顯提高,而且普通的鋼在回火之后硬度也會(huì)明顯增加。

結(jié)論

本文針對(duì)回火溫度對(duì)中碳合金鋼的組織性能影響進(jìn)行分析,能夠有效的判斷中碳合金鋼自身性能隨著溫度變化的趨勢(shì),并且也說(shuō)明了在二次硬化溫度變化區(qū)間會(huì)產(chǎn)生沖擊韌性明顯降低的可能所以要盡可能的減少原合金中鉻偏析問題,提高合金的回火韌性。