回火温度对高碳耐磨钢组织和性能的影响

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1、(2012年8月天津)华北地区第十九届热处理技术交流会论文集1．试验材料及试验方法1．1试验材料本研究用高碳低合金耐磨钢的化学成分(质量分数，％)为0．93C、0．14Si、1．09Mn、0．026P、0．018S、2．96Cr、Ni适量、Mo适量、余量Fe。在中频感应电炉中进行熔炼，浇注成铸件然后在45KW的箱式电炉中进行热处理。采用连铸工艺制成基尔试块。按照国家标准GB／T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》要求，用线切割加工成10x10×55标准无缺口冲击试样，基尔试块加工成20x20xll0无缺口试样，冲击试验设备为JB30A型冲击试验机，冲击韧度取3件冲击

2、试样的平均值；用4％硝酸酒精溶液腐蚀并用Axiovert．A1型光学显微镜观察其显微组织；用时代公司洛氏硬度计测试材料的硬度，硬度值取3个点的平均值；用TMVS．1S数显显微硬度计测试不同组织的显微硬度。1．2热处理工艺根据材料的性能要求，最终需要获得耐磨性较好和具有一定冲击韧性的回火马氏体或下贝氏体组织，因此热处理工艺采用淬火加回火。从本研究所用材料的成分分析，该耐磨钢有较好的淬透性和淬硬性，因此采用风冷的方式进行冷却；考虑到淬火温度对耐磨钢的性能的影响，文献110J指出淬火温度在930℃时材料的硬度达到最大值，而冲击韧度受温度影响较小，因此确定最佳淬火加热温度选为930

3、。C；该试验材料含有一定量的合金元素，为了使其充分固溶，淬火保温时间选为4小时；回火可以降低或消除淬火引起的残余应力及提高材料的塑韧性，降低其脆性，另外回火温度过高会引起硬度下降，是耐磨性降低，因此合适的回火温度可获得硬度、塑性和韧性的适当配合，回火温度为280。C、380。C和430"C，保温时间分别为4小时、3小时、3小时。其中430"C回火采用分级加热：300℃×lh_360℃×lh_+430℃x3h，保证试件均匀受热。2．试验结果及分析2．1热处理后的力学性能材料经过930'12风冷淬火+280℃x4h回火后硬度和冲击韧度值见表1。表1一次回火后材料的力学性能’Ta

4、blelMechanicalpropertiesofwear-resistantsteelalterfirsttempering可以看出经过280℃×4h一次回火后，材料硬度值比较高远大于应用要求的48HRC，但是冲击韧度值仅有11．7J·cm～，没有达到使用要求的15J·cm～，这可能是由回火脆性引起的，一般钢铁材料的第一类回火脆性区在250X2～400℃之间，本次回火工艺的温度恰好选在了此区间内。为了获得适当的回火工艺使材料达到使用要求，在一次回火处理后进行了补充回火处理。55表2为材料经过930℃风冷淬火+280℃×4h回火后280℃×4h、380℃×3h和430℃×

5、3h补充回火处理后的硬度。从表中可以看出，经补充回火处理后材料硬度值与补充回火前相比都有所下降，但是下降幅度不大。这是在补充回火过程中碳原子继续从Q相中析出，使其过饱和度下降造成的结果。(2012年8月天津)华北地区第十九届热处理技术交流会论文集表2不同回火工艺材料的力学性能Table2Mechanicalpropertiesofwear-resistantsteelwithdifferenttemperingprocess图1是材料的硬度随回火温度的变化曲线，从图中可看出硬度随回火温度的升高而有所降低，但是降低的幅度不大，经4306(2X3h回火处理以后其硬度值仍能达到5

6、0HRC，高于使用要求值。研。叱工蜊髫究表明，在回火温度高于450"C时，由于高碳钢中的马氏体会开始向珠光体转变，而使硬度值急剧下降‘14I。经430"C×3h回火处理以后高碳钢材料的冲击韧度值达到了20J／cm2，达到了使用要求值。回火温度／'C图1．钢的硬度随回火温度的变化规律Fig．1Hardnessofsteelwithtemperingtemperature2．2热处理后的显微组织特征图2为试样在930℃淬火后不同回火工艺后的显微组织。图2(a)为280℃×4h回火处理后的显微组织光学照片，由于在280℃回火温度较低，组织中残余奥氏体较多，原因是钢成分中添加了铬、

7、钼等奥氏体区扩大元素，这些元素易在晶粒的边界区域偏聚【9l，由于这些区域的铬、钼等元素含量比较高，降低了马氏体开始转变温度，增加了残余奥氏体的含量。在280℃温度下回火，马氏体发生了分解，形成了回火马氏体组织。由于此温度接近钢的第一类回火脆性的温度范围(250℃～400℃)，一些杂质元素在原奥氏体晶界上偏聚，降56低了材料韧性。另外在此温度下，马氏体分解产物￡碳化物将发生转变生成e碳化物(Fe3C)，经过回火处理后出现了一下屈氏体组织，如图3(a)所示。从图2(a)和图3(a)中可以看出，组织中还出现了一些下贝氏体