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复合热处理对crwmn钢组织的影响

时间: 2011-07-05 16:22 来源: 作者: 点击:

陈文华

摘 要:研究了CrWMn钢经复合热处理后的组织变化。结果表明,采用790℃/680℃循环球化退火可代替常规等温球化退火,并能缩短球化退火周期,节约能源。采用高温固溶处理加790℃/680℃循环球化退火,可获得高弥散度碳化物,使CrWnMn钢的最终组织得到改善,强韧性明显提高。
关键词:CrWMn钢;复合热处理;球化退火;显微组织

1 前言

CrWMn钢可用于制造各种形状复杂的冷挤压模和冲裁模,具有较高的淬透性,淬火和低温回火后具有较高的硬度和耐磨性。但经常规热处理后此钢易形成网状碳化物,在模具的受力部位形成开裂和剥落。模具的失效主要是由磨损、强度和韧性不足而造成的。本文拟通过适当的复合热处理来改善CrWMn钢的组织,提高其强度和韧性,以获得较好的综合性能。

2 试验过程

试验用CrWMn钢为40mm棒材,为淬火+低温回火态,硬度58HRC。其主要化学成分见表1。

表1 CrWMn钢的主要化学成分(质量分数) w(%)
元素CCrWMnSi含量0.90~
1.050.90~
1.201.20~
1.600.8~
1.100.15~
0.35

对CrWMn钢的复合热处理分为两个步骤,一是预处理,二是淬火+低温回火。预处理工艺见图1。


图1 CrWMn钢预处理工艺
(a) 常规退火(b) 等温球化退火
(c) 循环球化退火(d) 高温固溶+循环球化退火

CrWMn钢经不同工艺预处理后,选择组织形态、分布较好的试样,在不同温度条件下进行淬火+低温回火的最终热处理,观察其组织形态与分布,测定硬度变化。最终热处理工艺见图2。


图2 CrWMn钢淬火+回火工艺

3 试验结果及分析

图3为CrWMn钢经不同预处理工艺处理后的显微组织照片,CrWMn钢经常规退火后的硬度为180~190HB,经图1所示热处理工艺处理后为180~200HB。


图3 CrWMn钢预处理后组织
(a) 常规退火(b)等温球化退火(c) 循环球化退火(d) 固溶+循环球化退火

由图3可看出,经常规退火处理后的CrWMn钢组织中碳化物呈片状分布;经810℃等温球化退火处理后,碳化物呈不规则的颗粒状分布在铁素体基体上,分布不均匀;经790℃/680℃3次循环球化退火处理后,颗粒状碳化物尺寸变小,分布较为均匀;经1050℃固溶加790℃/680℃3次循环球化退火处理后,碳化物呈细小颗粒状析出且弥散程度高。

从工艺上看,在获得相同硬度情况下,用790℃/680℃3次循环球化退火,不仅可代替830℃等温球化退火,而且能改善组织中碳化物的形态和分布、缩短球化退火时间,节约能源。这是因为循环球化退火在Ac1(750℃)以上加热保温过程中,片状珠光体中的碳化物从尖角处溶解破断,而在Ar1(710℃)以下保温过程中,在原片状碳化物的平面处析出颗粒状碳化物,从而加速了CrWMn钢球化过程的进行,改善了碳化物的形态和分布。在1050℃高温条件下,CrWMn钢中大量难溶的W、Cr等合金元素的碳化物溶入奥氏体中,经油淬后得到马氏体或下贝氏体组织,在随后进行的790℃/680℃循环球化退火过程中,则会弥散地析出点状的W、Cr的碳化物。

因此,对于一般要求的CrWMn钢,采用790℃/680℃3次循环球化退火工艺,既可满足组织和硬度的要求,又能提高生产率,降低能耗;而对要求较高的可选用1050℃高温固溶加790℃/680℃3次循环球化退火的预处理工艺。

图4为经1050℃固溶加790℃/680℃3次循环球化退火处理后,经不同温度油淬低温回火后的CrWMn钢的显微组织。


图4 CrWMn钢不同温度淬火+低温回火后组织
(a) 790℃淬火+200℃回火(b) 830℃淬火+200℃回火(c) 870℃淬火+200℃回火(d) 900℃淬火+200℃回火

4 结论

(1) 对CrWMn钢采用790℃/680℃ 3次循环球化替代常规退火、等温球化退火,不仅可以改善其组织状态和性能,而且还可以提高热处理生产率,降低能耗。
(2) 1050℃固溶加790℃/680℃ 3次循环球化退火,可进一步改善CrWMn钢的组织状态分布,提高其性能。
(3) 经1050℃固溶加790℃/680℃ 3次循环球化退火处理后,再经830℃油淬200℃回火处理,CrWMn钢组织均匀而细小,碳化物弥散程度高,其耐磨性和综合性能好。■

作者简介:陈文华(1963—),男,硕士,讲师。主要研究方向为金属表面改性及金属材料焊接。联系电话:025-4892912(O)
作者单位:陈文华(南京航空航天大学,南京210016)

参考文献:
[1]蒋修治译.模具钢热处理[J].模具技术,1994(1).
[2]蔡 繤等.低温快速球化处理[J].金属热处理,1992(4):8~11.
[3]满 波.高碳钢和轴承钢的周期球化退火工艺[J].金属热处理,1993(6):43~44.

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