二次正火温度对B+级钢低温韧性的影响
焊后热处理对09MnNiDR低温钢焊接性能的影响
LYU Zhongguang, AN Junru, HE Shijun, ZHAO Siqi
渊Second Construction Limited Corporation of CNPC, Lanzhou 730060, China冤
Abstract: In order to study the influence of different post weld heat treatment methods on the welding performance of 09MnNiDR low temperature steel, the welding process of different post weld heat treatment methods was studied by using the electrode arc welding method. The test results show that the impact toughness of 09MnNiDR low temperature steel after welding and normalizing treatment is unqualified. After normalizing and tempering treatment, the grain is refined, the structure is homogenized, and the impact toughness is improved, which can meet the requirements of process and performance. The reasonable welding process and post weld heat treatment method are selected through the test, and the feasibility of the welding process and normalizing + tempering heat treatment method is effectively evaluated after many times of verification, which provides a reliable basis for the preparation of welding process documents for low temperature equipment. Key words: 09MnNiDR; welding of low temperature steel; post weld heat treatment
焊接冶金学重点答案
（3）结构因素：主要有焊接结构和焊接接头的设计形式。
1）其影响主要表现在热的传递和力的状态方面；
2）改善措施：减小接头刚度、减少交叉焊缝，避免焊缝过于密集以及减少造成应力集中的各种因素。
（4）焊接结构的使用条件：
焊接结构的工作温度（高温、低温）;
碳当量公式没有考虑元素之间的交互作用，也没有考虑板厚、结构拘束度、焊接工艺、含氢量等因素的影响。因而用碳当量评价焊接性是比较粗略的，使用时应注意条件
2）焊接冷裂纹敏感系数
(1）不仅包括了母材的化学成分，又考虑了熔敷金属含氢量与拘束条件的作用。
(2）根据Pc值可以通过经验公式求出斜y坡口对接裂纹试验条件下，为了防止冷裂纹所需要的最低预热温度To(℃):
（二）间接推算类：碳当量法、冷裂纹敏感指数Pc法、HAZ最高硬度法等
（三）使用性能试验类：力学性能试验、耐压试验等
3-2:选择或制定焊接性试验方法的原则:１)针对性与可比性原则：焊接性试验的条件要尽量与实际焊接时的条件相一致２)可靠性原则：焊接性试验的结果要稳定可靠，具有较好的再现性３)注意试验方法的经济性原则
To=1440 Pc-392()通常的讲就是对冷裂纹发生可能的敏感程度或指标。一般和碳当量同步的，其值越高，裂纹倾向就越大，一般碳当量公式计算结果大于等于0.45 即有冷裂纹的倾向。此外表面硬度越高，裂纹倾向也越大。
3、焊接性的试验方法分类？
焊接性试验方法分类：（一）、直接模拟试验类：１）焊接冷裂纹试验２）焊接热裂纹试验３）再热裂纹试验４）层状撕裂试验５）应力腐蚀裂纹试验６）脆性断裂试验
(二)中碳钢调质状态下焊接时的工艺特点
(1)当必须在调质状态下进行焊接时，除了裂纹外，热影响区的主要问题是：高碳马氏体引起的硬化和脆化；高温回火区软化引起的强度降低。
正火，退火，淬火，回火分别对金属材料性能的影响
正⽕，退⽕，淬⽕，回⽕分别对⾦属材料性能的影响退⽕和回⽕的区别退⽕与回⽕的区别在于：（简单地说，退⽕就是不要硬度，回⽕还保留⼀定硬度）。
回⽕：⾼温回⽕所得组织为回⽕索⽒体。
回⽕⼀般不单独使⽤，在零件淬⽕处理后进⾏回⽕，主要⽬的是消除淬⽕应⼒，得到要求的组织，回⽕根据回⽕温度的不同分为低温、中温和⾼温回⽕。
分别得到回⽕马⽒体、屈⽒体和索⽒体。
其中淬⽕后进⾏⾼温回⽕相结合的热处理称为调质处理，其⽬的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。
因此，⼴泛⽤于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。
回⽕后硬度⼀般为HB200－330。
退⽕：退⽕过程中发⽣得是珠光体转变，退⽕的主要⽬的是使⾦属内部组织达到或接近平衡状态，为后续加⼯和最终热处理做准备。
去应⼒退⽕是为了消除由于塑性形变加⼯、焊接等⽽造成的以及铸件内存在的残余应⼒⽽进⾏的退⽕⼯艺。
锻造、铸造、焊接以及切削加⼯后的⼯件内部存在内应⼒，如不及时消除，将使⼯件在加⼯和使⽤过程中发⽣变形，影响⼯件精度。
采⽤去应⼒退⽕消除加⼯过程中产⽣的内应⼒⼗分重要。
去应⼒退⽕的加热温度低于相变温度，因此，在整个热处理过程中不发⽣组织转变。
内应⼒主要是通过⼯件在保温和缓冷过程中⾃然消除的。
为了使⼯件内应⼒消除得更彻底，在加热时应控制加热温度。
⼀般是低温进炉，然后以100℃/h左右得加热速度加热到规定温度。
焊接件得加热温度应略⾼于600℃。
保温时间视情况⽽定，通常为2～4h。
铸件去应⼒退⽕的保温时间取上限，冷却速度控制在（20～50）℃/h，冷⾄300℃以下才能出炉空冷。
时效处理可分为⾃然时效和⼈⼯时效两种⾃然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发⽣，从⽽使残余应⼒消除或减少，⼈⼯时效是将铸件加热到550～650℃进⾏去应⼒退⽕，它⽐⾃然时效节省时间，残余应⼒去除较为彻底。
什么叫回⽕？回⽕是将淬⽕后的⾦属成材或零件加热到某⼀温度，保温⼀定时间后，以⼀定⽅式冷却的热处理⼯艺，回⽕是淬⽕后紧接着进⾏的⼀种操作，通常也是⼯件进⾏热处理的最后⼀道⼯序，因⽽把淬⽕和回⽕的联合⼯艺称为最终热处理。
钢的热处理及硬度测定
钢的热处理及硬度测定一、实验目的1.了解钢的基本热处理工艺。
2.了解布氏和洛氏硬度计的主要原理、结构及操作方法。
3.了解不同的热处理工艺对钢的性能的影响。
二、实验原理热处理是充分发挥金属材料性能潜力的重要方法之一。
其工艺特点是把钢加热到一定温度，保温一段时间后，以某种速度冷却下来，通过改变钢的内部组织来改善钢的性能，其基本工艺包括退火、正火、淬火和回火等。
金属的硬度是材料表面抵抗硬物压入而引起塑性变形的能力。
硬度越大，表明金属抵抗塑性变形的能力越大，材料产生塑性变形就越困难。
硬度是金属材料一项重要的力学性能指标。
硬度的试验方法很多，其中常用的有布氏法、洛氏法和维氏法三种硬度试验方法。
1.钢的退火、正火、淬火和回火钢的退火通常是将钢加热到临界温度1Ac 或3Ac 线以上，保温后缓慢地随炉冷却的一种热处理工艺。
钢经退火处理后，其组织比较接近平衡状态，硬度较低（约180~22OHBS ），有利于进行切削加工。
钢的正火是将钢加热到3Ac 或cm Ac 线以上30~50℃，保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。
由于冷却速度稍快，与退火组织相比，所形成的珠光体片层细密，故硬度有所提高。
对低碳钢来说，正火后提高硬度可改善其切削加工性能，降低加工表面的粗糙度；对高碳钢来说，正火可以消除网状渗碳体，为球化退火和淬火作准备。
钢的淬火就是将钢加热到3Ac 或1Ac 线以上30~50℃，保温后在不同的冷却介质中快速冷却，从而获得马氏体和（或）贝氏体组织的一种热处理工艺。
马氏体的硬度和强度都很高，特别适用于有较高耐磨性能要求的工模具材料。
淬火工艺包括三个重要参数，淬火加热温度、保温时间和冷却速度。
淬火加热温度过高时晶粒容易长大，而且还会产生氧化脱碳等缺陷，加热温度过低则会因组织中存在铁素体或珠光体而导致材料硬度不足。
保温时间与钢的成分、工件的形状、尺寸及加热介质等因素有关，一般可按照经验公式加以估算，保温时间过长或过短都会对钢的组织及性能造成不利的影响。
钢的热处理及其对组织和性能的影响
钢的热处理及其对组织和性能的影响一、实验目的1．熟悉钢的几种基本热处理操作（退火、正火、淬火及回火）；2．研究加热温度、冷却速度及回火温度等主要因素对碳钢热处理后性能的影响；3．观察和研究碳素钢经不同形式热处理后显微组织的特点；4．了解材料硬度的测定方法，学会正确使用硬度计。
二、实验概述钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。
普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。
加热温度、保温时间和冷却方式是热处理最重要的三个基本工艺因素。
正确合理选择这三者的工艺规范，是热处理质量的基本保证。
1.加热温度选择（1）退火加热温度一般亚共析钢加热至A C3＋(20～30)℃（完全退火）；共析钢和过共析钢加热至A C1＋(20～30)℃（球化退火），目的是得到球化体组织，降低硬度，改善高碳钢的切削性能，同时为最终热处理做好组织准备。
（2）正火加热温度一般亚共析钢加热至A C3＋(30～50)℃；过共析钢加热至A Cm＋(30～50)℃，即加热到奥氏体单相区。
退火和正火加热温度范围选择见图3-1。
图1 退火和正火的加热温度范围图2 淬火的加热温度范围（3）淬火加热温度一般亚共析钢加热至A C3＋(30～50)℃；共析钢和过共析钢则加热至A C1＋(30～50)℃，加热温度范围选择见图3-2。
淬火按加热温度可分为两种：加热温度高于A C3时的淬火为完全淬火；加热温度在A C1和A C3（亚共析钢）或A C1和A CCm（过共析钢）之间是不完全淬火。
在完全淬火时，钢的淬火组织主要是由马氏体组成；在不完全淬火时亚共析钢得到马氏体和铁素体组成的组织，过共析钢得到马氏体和渗碳体的组织。
亚共析钢用不完全淬火是不正常的，因为这样不能达到最高硬度。
而过共析钢采用不完全淬火则是正常的，这样可使钢获得最高的硬度和耐磨性。
在适宜的加热温度下，淬火后得到的马氏体呈细小的针状；若加热温度过高，其形成粗针状马氏体，使材料变脆甚至可能在钢中出现裂纹。
机械工程材料试题及答案
机械⼯程材料试题及答案机械⼯程材料A卷标准答案⼀、名词解释：（１０分）１、固溶强化：固溶体溶⼊溶质后强度、硬度提⾼，塑性韧性下降现象。
２、加⼯硬化：⾦属塑性变形后，强度硬度提⾼的现象。
２、合⾦强化：在钢液中有选择地加⼊合⾦元素，提⾼材料强度和硬度４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从⽽获得所需性能的⼀种⼯艺。
５、细晶强化：晶粒尺⼨通过细化处理，使得⾦属强度提⾼的⽅法。
⼆、选择适宜材料并说明常⽤的热处理⽅法（30分）三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地⽅为HRC20—25，其加⼯路线为：下料锻造正⽕机加⼯调质机加⼯（精）轴颈表⾯淬⽕低温回⽕磨加⼯指出：1、主轴应⽤的材料：45钢2、正⽕的⽬的和⼤致热处理⼯艺细化晶粒，消除应⼒；加热到Ac3＋50℃保温⼀段时间空冷3、调质⽬的和⼤致热处理⼯艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬⽕＋⾼温回⽕4、表⾯淬⽕⽬的提⾼轴颈表⾯硬度5．低温回⽕⽬的和轴颈表⾯和⼼部组织。
去除表⾯淬⽕热应⼒，表⾯M＋A’⼼部S回四、选择填空（20分）１．合⾦元素对奥⽒体晶粒长⼤的影响是（d）（a）均强烈阻⽌奥⽒体晶粒长⼤（b）均强烈促进奥⽒体晶粒长⼤（c）⽆影响（d）上述说法都不全⾯２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。
（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12（c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截⾯上具有良好的综合机械性能，应选⽤（c ）（a）45钢经正⽕处理（b）60Si2Mn 经淬⽕和中温回⽕（c）40Cr钢经调质处理4．制造⼿⽤锯条应当选⽤（a ）（a）T12钢经淬⽕和低温回⽕（b）Cr12Mo钢经淬⽕和低温回⽕（c）65钢淬⽕后中温回⽕5．⾼速钢的红硬性取决于（b ）（a）马⽒体的多少（b）淬⽕加热时溶⼊奥⽒体中的合⾦元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表⾯⾼耐磨性，中⼼有良好的强韧性，应选⽤（c ）（a）60钢渗碳淬⽕后低温回⽕（b）40Cr淬⽕后⾼温回⽕（c）20CrMnTi渗碳淬⽕后低温回⽕7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ）（a）⼯具钢，淬⽕+低温回⽕（b）轴承钢，渗碳+淬⽕+低温回⽕（c）弹簧钢，淬⽕+中温回⽕8. ⼆次硬化属于（d）（a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第⼆相强化9. 1Cr18Ni9Ti奥⽒体型不锈钢，进⾏固溶处理的⽬的是（b）（a）获得单⼀的马⽒体组织，提⾼硬度和耐磨性（b）获得单⼀的奥⽒体组织，提⾼抗腐蚀性，防⽌晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加⼯１０.推⼟机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择⽤（b ）（a）20Cr渗碳淬⽕后低温回⽕（b）ZGMn13—3经⽔韧处理（c）W18Cr4V淬⽕后低温回⽕五、填空题(20分)1、马⽒体是碳在a-相中的过饱和固溶体，其形态主要有板条马⽒体、⽚状马⽒体。
提高1.0619、WCB、LCC和1.6220钢热处理后的硬度即抗拉强度有利于提高低温冲击功
提⾼1.0619、WCB、LCC和1.6220钢热处理后的硬度即抗拉强度有利于提⾼低温冲击功提⾼1.0619、WCB、LCC和1.6220钢热处理后的硬度即抗拉强度有利于提⾼低温冲击功M 穆振远洛阳重诺机械制造有限公司(原洛阳机车⼯⼚热处理) 471822摘要：本⽂通过对中，美，德，⽇和俄罗斯标准中关于C、C-Mn压⼒容器⽤钢的抗拉强度（Rm）规定上限的⽐较，结合现场进⾏的⼤量随炉热处理试样⼒学性能的统计分析，论述了德标1.0619（GP240GH）中规定了Rm上限（600Mpa），是不利于提⾼材料的⼒学性能和使⽤性能的，⽽且也降低了加⼯性能和不便热处理组织⽣产。
中、⽇和俄标准中不设Rm上限，这有利于挖掘材料的潜⼒，提⾼材料的使⽤性能并节能。
⽂章中提供了⼤量⽣产实验结果的图和表说明，提⾼硬度有利于提⾼低温冲击功⽔平。
关键词：热处理；硬度；抗拉强度（Rm）上限；冲击功；1.0619；WCB；LCC；1.6220 Analyzing Upper Limit Rm of Steels (C, C-Mn) for Pressure Vessel in Several Countries MuZhe-yua (Luoyang Zhongnuo Machinery Manufacturing Co., Ltd 471822, China) Abstract：The author has performed and analyzed tremendous statistics of mechanical properties for test bar along with heat treating furnace. Compared with different standards of Rm (tensile strength) of steels (C, C-Mn) for pressure vessel in China, United States, Germany, Japan and Russia, German standard 1.0619(GP240GH) upper limit Rm is 600 Mpa that is the lowest standard. This upper limit Rm is not conductive to improve mechanical and material performance, reducing processing performance, and increasing inconveniences of Heat Treatment process. However, Chinese, Japanese, and Russian standards, without upper limit Rm, are easier to improve material and mechanical properties, and saving energy. When standards could not be changed, users could choose higher level standards.Key words: tensile strength（Rm）upper limit；Akv；1.0619；WCB；LCC；1.62201、⼏个国家Rm上限规定情况：⽣产中常⽤的⾼温阀门⽤钢有WCB、WCC和1.0619，低温LCB、LCC、1.6220和20гл。
常见金属热处理参考
一、常见热处理方法名称操作方法目的应用退火将钢件加热到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。
1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。
1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火。
正火将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。
1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。
正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。
对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。
对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。
淬火将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。
淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。
1.一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。
回火将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。
1.降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；2.调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；3.稳定工件尺寸。
1.保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火；2.一般钢尽量避免在230~280度、不锈钢在400~450度之间回火，因为这时会产生一次回火脆性。
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二次正火温度对B+级钢低温韧性的影响
在B级钢(ZG25MnNi)的基础上开发的B+级钢(ZG25MnCrNi)，具有优良的综合力学性能，是铁路货车转向架用钢。
转向架是连接列车车轮和车厢的关键部件，而侧架和摇枕是转向架最大的承载件，对列车的安全性有着举足轻重的影响，对钢材的强度、韧性以及焊接性能等要求较高。
随着我国经济的发展，提速、重载、安全运行已成为现代铁路运输业迅速发展的迫切需要。
北方严寒、低温气候对B+级钢的低温韧性提出了更高的要求，亟待需要研究新的改善低温韧性的热处理工艺，以提高转向架运行的可靠性。
选择强韧性匹配良好的热处理工艺对于提高B+级钢的性能意义重大。
有研究结果表明，二次正火可以改善显微组织，同时提高常温强度和低温冲击功。
二次正火工艺，一般要求一次温度较高，使难溶成分溶于奥氏体、材料成分均匀化；二次正火采用较低温度，可获得均匀细小的奥氏体晶粒，以确保冷却后得到均匀细化的组织。
二次正火工艺简单，成本相对较低，不需增加其他设备，生产中切实可行。
本文采用二次正火工艺对B+级钢进行热处理，研究正火温度对B+级钢显微组织和力学性能尤其是低温冲击功的影响，为B+级钢制定合理的热处理工艺提供试验依据。
材料为某厂提供的铸态B+级钢基尔试棒，其主要化学成分(质量分数，%)为：0.25C，0.37Si，0.87Mn，0.017P，0.010S，0.39Cr，0.33Ni，0.14Cu。
在箱式电阻炉中对铸态试样分别进行两次正火处理。
一次正火温度950℃，保温30min，二次正火温度分别为800、870、910和950℃，保温时间均为30min。
试样到温入炉，保温后出炉冷却。
现行B+级钢的热处理工艺中，910℃一次正火，强度与塑性、韧性指标配合最佳。
为了比较二次正火和一次正火对B+级钢组织与力学性能的影响，选用正火温度910℃，保温30min的一次正火作参比试验。
结果显示，二次正火后，B+级钢的组织为均匀分布、细小的铁素体+珠光体，强度和低温冲击功均有增加。
随二次正火温度的升高，低温冲击功先升高后降低。
二次正火的温度不宜过高，否则将导致低温冲击功降低。
亚温二次正火对提高低温冲击功作用不大。
B+级钢经950℃×30min正火+870℃×30min正火，可获得优良的强韧性配合。