淬火介质温度对GCr15钢组织与性能的影响

Influenceofquenchingmedium temperatureonmicrostructure andmechanicalpropertiesofGCr15 steel
MAQin1 , LUXue-mei1 , ZHANGWen2 (1.SchoolofMaterialsScienceandEngineering, LanzhouUniversityofTechnology, LanzhouGansu730050, China;
体发生部分等温转变 , 组织中出现珠光体类屈氏体以及 贝氏体组织 ;G35在低温阶段缓慢的冷却速度 , 引起了 奥氏体的热稳定化 , 马氏体转变发生迟滞 , 使得试样组 织中马氏体量减少 , 而且使继续进行马氏体转变的温度 下降 [ 4] 。所以 , 在 80 ℃G35介质中淬火后试样显微组 织中出现的黑色块状物可能为珠光体类屈氏体或贝氏
了 4.0%;相对理想的冷却速度使试样获得均匀细小 的组织 , 这是抗弯强度提高的主要原因 。 80 ℃时 , G35 介质冷速即冷却能力的急剧减缓 , 试样组织中马氏体 晶粒的粗大导致试样抗弯强度下降 。 静弯试验中 , 挠 度可以很好的评定脆性材料的塑性, 当介质温度从 20 ℃升高至 50 ℃时 , 其挠度有所增大 , 但变化不大 ; 80 ℃下 G35介质中淬火后试样的挠度明显增大 , 主要 是由于组织中出现了屈氏体 、贝氏体以及大量的残留 奥氏体 , 这些组织较马氏体的塑性好 。
试样在不同温度 G35介质中淬火后的冲击试样 断口形貌如图 3所示 。 从宏观上看 , 所有断口均呈浅 灰色 , 有大小面积不等的小刻面 。图 3(a)断面比较平 整 , 没有较大 、较多的起伏面 ;图 3(b)中断面明显变得 粗糙 , 出现了高低不平的大块刻面 ;图 3(c)虽然不及 图 3(b)粗糙 , 但断面上出现的小刻面较多 。
2.ZhengzhouDayiQuenchingMediumLimitedLiabilityCompany, ZhengzhouHenan450000, China) Abstract:AdoptingnewdevelopedinorganiccompoundsolublequenchantJEF-G35, microstructure, hardness, bendingpropertyandimpact toughnessofGCr15 steelwereanalyzedbyaseriesofopticalmicroscope, impact-toughnesstesterandmicrocomputercontrolelectronic universaltestingmachine.EffectofquenchingmediumtemperatureonGCr15 steelwasdiscussedtodeterminethebestservicetemperature. Theresultsshow thatGCr15 steelatalowermedium temperaturecanobtainhigherhardness, andthemicrostructureisfinerandmore uniform.However, thebendingpropertyandimpacttoughnessofthesamplearepreferablewhenthequenchingmedium temperatureisat 50 ℃.InordertomakecomprehensivemechanicalpropertiesofGCr15 steelmuchbetter, quenchingmedium temperatureisataround 50 ℃. Keywords:GCr15 steel;water-solubilityquenchingmedium;microstructure;mechanicalproperties
DO I :10.13251/j .issn.0254 -6051.2011.01.022
第 36卷 第 1期
20 11 年
1月
HEATTREATMENTOFMETALS
Vol.36 No.1 January201 1
工艺研究 淬火介质温度对 GCr15钢组织与性能的影响
马 勤 1 , 卢雪梅 1 , 张 文 2 (1.兰州理工大学 材料科学与工程学院 , 甘肃 兰州 730050;2.郑州大一淬火剂有限公司 , 河南 郑州 450000)
2 试验结果与分析
2.1 显微组织和硬度 G35介质属于水溶性淬火剂 , 冷却特性受初始温度
影响较 大 , 随介 质 使用 温度 升高 , 其 冷 却速 度降 低 。 GCr15钢在不同温度的 G35介质中淬火 、回火后显微组织 如图 1所示 。可以看出 , 试样在 20 ℃G35介质中淬火后
第 1期
试样在不同温度 G35介质中淬火后的冲击韧性 和抗压强度的变化如图 2(c)所示 。 冲击韧性变化趋 势与抗弯强度大致相同 , 在 50 ℃时 G35 介质中获得 相对较高的冲击韧性 。试样的压缩性能与淬火后组织 的均匀性有很大关系 , 随介质温度的升高 , 试样的抗压 强度逐渐减低 , G35介质温度从 20 ℃升高到 50 ℃时 , 试样抗压强度稍有下降 , 继续升至 80 ℃时 , 从图 1(c) 可以明显的看出其组织的不均匀性 , 所以试样抗压强 度出现了明显的下降 。 2.3 冲击试样断口形貌
一般来说 , 试样的硬度与马氏体的数量以及残留 奥氏体数量有密切关系 。 不同温度 G35 介质中淬火 后试样硬度的变化曲线如图 2(a)所示 。 可以看出 , 随 着所用介质温度的升高 , 试样的硬度随之减低 。 20 ℃ 时 G35介质中淬火后试样获得较多的 马氏体致使其 硬度增加 ;另外 , 足够大的过冷度致使马氏体及其亚结 构的超 细 化以 及晶 体 缺陷 和 点阵 畸 变的 大 幅度 增 加 [ 5] , 细小的晶粒边界和分布密集的碳化物阻碍了测 定硬度变形时位错线的滑移 , 硬度也会增大 。 G35介 质温度升高至 50 ℃后 , 试样淬火后其硬度较 20 ℃时 稍有下降 。 但是 , 当在 80 ℃时的 G35中淬火 , 试样的 硬度有较大幅度的下降 , 可能归因于试样组织中马氏 体量的减少和残留奥氏体量的增加使其硬度降低 。 2.2 力学性能
本文针对郑州大一淬火剂有限公司 生产的 JEFG35型水溶性淬火介质 , 考察其使用温度对 GCr15钢 淬火后组织与性能的影响 。
1 试验材料与方法试验材源自选用婆梅氏密度为 15的 G35型淬火介 质和退火态的 GCr15钢 。试验中 , 将 GCr15钢加工成
收稿日期 :2010-09-04 作者简介 :马 勤 (1959— ), 男 , 甘肃静宁人 , 教授 , 博士 , 主要从事新型 金属材料 技 术的 研 究 与开 发 , 发 表论 文 100 余 篇 。 联 系电 话 :09312976094, E-mail:maq@
经最终热处理后的 试样通过 MEF-3 型光学显微 镜 、CIEM-30D-CPC型冲击试验机 、WDW-300J、WDW100D微机控制电子万能试验机观察试样的显微组织 、 测 定其 冲击 韧 性 、抗 弯强 度 、抗 压 强度 等性 能 。 在 JEOLJSM6400型扫描电子显微镜下观察弯曲 、冲击 试样的断口形貌并分析其断裂机制 。
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第 36卷
图 2 G35介质温度对 GCr15钢性能的影响 (a)硬度 ;(b)抗弯强度 、挠度 ;(c)冲击韧性 、抗压强度 Fig.2 InfluenceofG35 quenchingmediumtemperatureonpropertiesofGCr15 steel (a)hardness;(b)bendingstrengthanddeflection;(c)impacttoughnessandcompressionstrength
10 mm ×10 mm ×55 mm的 梅 氏 切 口 冲 击 试 样 和 5 mm×5 mm×30 mm的三点弯曲试样以及 3 mm× 5 mm的压缩试样 , 每种试样 分 3 组 , 每组 3个 。 试样 的热处理制度如下 :在盐炉中将试样加热至 840 ℃, 保 温 4 ～ 7 min, 分别淬入 20、50和 80 ℃的 G35介质 , 随 后冷却至室温后在 165 ℃下回火 2 h。
基于 GCr15 钢 , 试验 采用了静弯试验 , 所 得试验 数据如图 2(b)所示 。 随 G35介质温度的升高 , 试样抗 弯强度先增大后减小 。这种变化趋势与试样淬火过程 中的组织转变有密切关系 。 试样在 20 ℃的 G35介质 中淬火后其抗弯强度仅为 693 MPa。 这是因为 G35在 20 ℃时其冷却速度较快 , 当大量奥氏体在较短时间内 转变为马氏体时 , 产生了较大的内应力 , 当应力无法通 过滑移来释放时 , 即可能在淬火组织中产生显微裂纹 , 这些显微裂纹在弯曲载荷作用下发生低能量扩展 , 从 而使得试样抗弯强度较低[ 6] ;试样在 50 ℃的 G35 介 质中淬火后其抗弯强度有明显的提高 , 较 20 ℃时提高
从微观上看 , 所有断口都属于准解理断口 。图 3 (d)中存在较大 、较深的韧窝 , 此时试样的断裂主要以 穿晶断裂为主 ;图 3(e)中韧窝明显变浅 , 大韧窝数量 也有所减少 ;图 3(f)中韧窝更加细小 , 随 G35介质温 度的升高 , 试样断面韧窝逐渐变小 、变浅 。 G35介质温
马 勤 , 等 :淬火介质温度对 GCr15钢组织与性 能的影响
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获得细小马氏体 , 均匀分布的细粒状碳化物和少量残留 奥氏体 。当 G35介质温度升高至 50 ℃时 , 虽然它的冷却 能力下降 , 但仍能保证试样淬火后获得足够多且细小的 马氏体组织 , 同时残留奥氏体量有所增加 。当 G35介质 温度达到 80 ℃时 , 理论上无论是在高温阶段还是在低温 阶段其冷却能力都急剧降低 。 从图 1(c)可以看出 , 由 于试样淬火时在高温阶段没有足够的过冷度使得奥氏