回火溫度對30MnB鋼回火組織及性能的影響

陳丹，殷延明，孫曉兵

山推工程機(jī)械股份有限公司 山東濟(jì)寧 272073

1 序言

錳硼鋼因具有良好的強(qiáng)度及綜合性能而被廣泛應(yīng)用，常用的鋼種有25MnB、30MnB、35MnB及40MnB等，30MnB鋼由于具用良好的熱處理工藝性，故現(xiàn)已應(yīng)用于各類軸、輪圈等零部件。

本文通過研究30MnB鋼淬火后經(jīng)過不同溫度回火工藝，得出不同回火溫度對金相組織及力學(xué)性能的影響，為熱處理回火工藝的制定及該材料的力學(xué)性能設(shè)計提供參考依據(jù)。

2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用150mm×100mm×50mm試塊，試驗(yàn)方案：根據(jù)《熱處理手冊：工藝基礎(chǔ)（第1卷）》[1]推薦的常用鋼種淬火加熱溫度，并參考我公司內(nèi)部類似鋼種熱處理工藝，選用箱式試驗(yàn)爐880℃加熱，保溫60min，清水淬火；并在0～500℃區(qū)間回火，保溫2h，具體回火試驗(yàn)方案見表1。

表1 回火試驗(yàn)方案

經(jīng)過淬火及不同溫度的回火后，進(jìn)行回火色觀察，并進(jìn)行硬度、金相組織、力學(xué)性能檢測。其中，拉伸試驗(yàn)選擇φ5mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣，沖擊試樣選用10mm×10mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)夏比U型缺口試樣。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 回火色

對溫度400℃以下試樣回火色進(jìn)行觀察，如圖1所示，淬火件至400℃回火顏色依次為：金屬色-稻草色-棕色-紫色-藍(lán)紫色-藍(lán)灰色。

圖1 不同回火溫度試樣顏色

3.2 回火溫度對硬度的影響

對不同溫度回火后的試塊進(jìn)行硬度檢測，具體數(shù)據(jù)如圖2所示。從圖2可看出，隨著回火溫度升高，硬度不斷降低，且在350℃以后下降顯著。

圖2 回火溫度對硬度的影響

3.3 回火溫度對金相組織的影響

圖3所示為回火溫度對金相組織的影響。從圖3中可看出，組織由淬火板條馬氏體逐漸向回火馬氏體轉(zhuǎn)變，且隨著溫度升高逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹜惺象w，回火溫度升高至450℃以上轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w。

圖3 回火溫度對金相組織的影響

回火組織轉(zhuǎn)變過程：隨著回火溫度的升高，馬氏體開始發(fā)生分解，過飽和的α固溶體中析出彌散的碳化物，金相組織由回火馬氏體向回火索氏體轉(zhuǎn)變。

3.4 回火溫度對力學(xué)性能的影響

圖4所示為回火溫度對30MnB鋼抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度的影響。從圖4可看出，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度隨回火溫度的升高而降低，特別是300℃后下降明顯。

圖4 回火溫度對30MnB鋼強(qiáng)度的影響

圖5所示為回火溫度對30MnB鋼沖擊韌度的影響。從圖5可看出，在200～400℃時，沖擊韌度呈下降趨勢，在400℃后顯著增加。由趨勢可以看出，30MnB鋼應(yīng)避免在300～400℃回火，否則會出現(xiàn)沖擊韌度急劇下降，并在400℃出現(xiàn)低溫回火脆性的現(xiàn)象。低溫回火脆性是由于馬氏體分解時沿馬氏體條或片的界面析出斷續(xù)的薄殼狀碳化物，降低了晶界的斷裂強(qiáng)度，使之成為裂紋擴(kuò)展的路徑，從而導(dǎo)致脆性斷裂[1]。

圖5 回火溫度對30MnB鋼沖擊韌度的影響

奧氏體分解的相變總驅(qū)動力較大，以及由于馬氏體條內(nèi)析出滲碳體引起的收縮，促使條間殘留奧氏體的分解，形成回火馬氏體脆性[2]。對于硼鋼的回火脆性，目前有著不同的研究結(jié)果[3]：有人認(rèn)為硼可以降低回火脆性的敏感性，也有文獻(xiàn)表明硼對回火脆性并無影響。本文研究表明，硼對回火脆性并無影響?；鼗鸸ば蛲菬崽幚淼淖詈笠坏拦ば?，因此應(yīng)避免在此溫度區(qū)間回火，若在高于此溫度區(qū)間進(jìn)行回火時，則應(yīng)采取必要措施快速冷卻。

4 結(jié)束語

通過對30MnB鋼在不同回火溫度的試驗(yàn)，可得出以下結(jié)論。

1）30MnB鋼調(diào)質(zhì)處理選用450℃回火時，具有良好的綜合力學(xué)性能，且回火后應(yīng)采用快速冷卻的方式。

2）30MnB鋼選用200℃回火時，具有高強(qiáng)度及高耐磨性能。