淬火溫度對(duì)15Cr2Mo1鋼組織和性能的影響

趙永生， 陳麗娟，陳廣慧

1.浙江恒逸工程管理有限公司 浙江杭州 311200

2.沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110869

1 序言

15Cr2Mo1鋼屬于低碳低合金珠光體型高強(qiáng)度耐熱鋼，具有良好的焊接性及綜合力學(xué)性能[1]，常在制造壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、動(dòng)力機(jī)械及石油化工等設(shè)備零件中選用此種材料，且零件的使用環(huán)境多為高溫、高壓環(huán)境，因此對(duì)其力學(xué)性能尤其是沖擊性能要求較高。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于此材料應(yīng)用在離心壓縮機(jī)方面的報(bào)道較少，因此研究不同亞溫淬火溫度對(duì)于15Cr2Mo1鋼力學(xué)性能及顯微組織的影響具有重要的實(shí)際意義[2]。

2 試驗(yàn)材料及方法

采用15Cr2Mo1鍛造態(tài)合金鋼作為試驗(yàn)研究對(duì)象，鋼錠采用真空精煉加電渣重熔，經(jīng)鍛造比≥5鍛造成形，通過(guò)能譜儀檢測(cè)其化學(xué)成分，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)用15Cr2Mo1鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

本試驗(yàn)擬對(duì)試驗(yàn)用鋼進(jìn)行正火、淬火、回火處理，通過(guò)調(diào)整淬火溫度，對(duì)試驗(yàn)用鋼在850～870℃進(jìn)行亞溫淬火處理，隨后對(duì)試件進(jìn)行回火處理，淬火采用高溫箱式電阻加熱爐，回火采用專(zhuān)用回火電阻爐，選取三個(gè)相同規(guī)格試驗(yàn)材料進(jìn)行熱處理。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 淬火溫度對(duì)15Cr2Mo1鋼顯微組織的影響

取三組試樣進(jìn)行相同的正火工藝+不同的淬火工藝+相同的回火工藝處理。第一組試樣淬火、回火溫度為850℃+620℃，顯微組織如圖1a、d所示；第二組試樣淬火、回火溫度為870℃+620℃，顯微組織如圖1b、e所示；第三組試樣淬火、回火溫度為970℃+620℃，顯微組織如圖1c、f所示。

從圖1a、d可看出，試樣經(jīng)淬火、回火溫度為850℃+620℃處理后，所得到的組織主要為回火索氏體、鐵素體和殘留奧氏體[3]；從圖2b、e可以看出，試樣經(jīng)淬火、回火溫度為870℃+620℃處理后，組織主要為回火索氏體、鐵素體及部分殘留奧氏體，但組織中未溶的鐵素體含量逐漸減少；從圖1c、f可以看出，試樣經(jīng)淬火、回火溫度為970℃+620℃處理后，所得到的組織為回火索氏體、鐵素體及殘留奧氏體消失。

圖1 試樣正火調(diào)質(zhì)后的顯微組織

3.2 淬火溫度對(duì)15Cr2Mo1鋼力學(xué)性能的影響

三組試樣經(jīng)相同的正火工藝+不同的淬火工藝+相同的回火工藝處理后，試樣的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如圖2所示，夏比V型缺口沖擊吸收能量及硬度如圖3所示。

圖2 強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

圖3 沖擊性能和硬度檢測(cè)結(jié)果

由圖2、圖3可看出，在經(jīng)過(guò)相同的正火工藝+不同的淬火工藝+相同的回火工藝處理后，材料的強(qiáng)度和塑性受淬火溫度的影響較大。隨著淬火溫度的升高，材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度及硬度值均呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。淬火溫度由850℃升高到970℃時(shí)，材料的屈服強(qiáng)度由754MPa升高到885MPa，抗拉強(qiáng)度由859MPa升高到994MPa，硬度由257HBW升高到302HBW，材料的沖擊吸收能量隨淬火溫度升高而降低，由206J降低到136J（其中沖擊吸收能量取3個(gè)沖擊試樣的平均值）。淬火溫度在850～870℃時(shí)，溫度較低，屬于亞溫淬火，材料相變不完全，鐵素體未全部溶于奧氏體，這部分未溶的鐵素體可阻止晶粒長(zhǎng)大，沿淬火前原粗大奧氏體晶界可形成極細(xì)的奧氏體晶粒，晶粒細(xì)化，晶界增多，故單位界面上有害雜質(zhì)元素含量降低，有利于增加強(qiáng)韌性，降低缺口敏感性，故亞溫淬火可提高材料的沖擊性能[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）對(duì)15Cr2Mo1鋼經(jīng)相同的正火工藝+不同的淬火工藝+相同的回火工藝處理后，隨著淬火溫度的升高，材料的強(qiáng)度及硬度均呈上升的趨勢(shì)，沖擊性能隨溫度升高而降低。

2）亞溫淬火+回火后得到的金相組織為回火索氏體及部分殘留奧氏體，高溫淬火+回火得到的組織為回火索氏體。亞溫淬火后材料的沖擊性能較高主要是因?yàn)閬啘卮慊鹁ЯｉL(zhǎng)大的速率低于完全淬火，且未溶鐵素體可抑制晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒，抑制應(yīng)力集中，阻礙裂紋的萌生與擴(kuò)展。