復合熱處理對CrWMn鋼組織的影響

時間：2013-06-08 17:18:49 來源：作者：

內容摘要:摘要：研究了CrWMn鋼經復合熱處理后的組織變化。結果表明，采用790℃/680℃循環球化退火可代替常規等溫球化退火，并能縮短球化退火周期，節約能源。采用高溫固溶處理加790℃/680℃循環球化退火，可獲得高彌散度碳化物，使CrWMn鋼的最終組織得到改善，強韌性明顯提高。復合熱處理。

摘　要：研究了CrWMn鋼經復合熱處理后的組織變化。結果表明，采用790℃/680℃循環球化退火可代替常規等溫球化退火，并能縮短球化退火周期，節約能源。采用高溫固溶處理加790℃/680℃循環球化退火，可獲得高彌散度碳化物，使CrWnMn鋼的最終組織得到改善，強韌性明顯提高。
關鍵詞：CrWMn鋼；復合熱處理；球化退火；顯微組織

1　前言
CrWMn鋼可用于制造各種形狀復雜的冷擠壓模和沖裁模，具有較高的淬透性，淬火和低溫回火后具有較高的硬度和耐磨性。但經常規熱處理后此鋼易形成網狀碳化物，在模具的受力部位形成開裂和剝落。模具的失效主要是由磨損、強度和韌性不足而造成的。本文擬通過適當的復合熱處理來改善CrWMn鋼的組織，提高其強度和韌性，以獲得較好的綜合性能。
2　試驗過程
試驗用CrWMn鋼為40mm棒材，為淬火＋低溫回火態，硬度58HRC。其主要化學成分見表1。

表1　CrWMn鋼的主要化學成分(質量分數)　w(%)
元素CCrWMnSi 含量0．90～
1．050．90～
1．201．20～
1．600．8～
1．100．15～
0．35

對CrWMn鋼的復合熱處理分為兩個步驟，一是預處理，二是淬火＋低溫回火。預處理工藝見圖1。

圖1　CrWMn鋼預處理工藝
(a)　常規退火(b)　等溫球化退火
(c)　循環球化退火(d)　高溫固溶＋循環球化退火

CrWMn鋼經不同工藝預處理后，選擇組織形態、分布較好的試樣，在不同溫度條件下進行淬火＋低溫回火的最終熱處理，觀察其組織形態與分布，測定硬度變化。最終熱處理工藝見圖2。

圖2　CrWMn鋼淬火＋回火工藝

3　試驗結果及分析

圖3為CrWMn鋼經不同預處理工藝處理后的顯微組織照片，CrWMn鋼經常規退火后的硬度為180～190HB，經圖1所示熱處理工藝處理后為180～200HB。

圖3　CrWMn鋼預處理后組織
(a)　常規退火(b)等溫球化退火(c)　循環球化退火(d)　固溶＋循環球化退火

由圖3可看出，經常規退火處理后的CrWMn鋼組織中碳化物呈片狀分布；經810℃等溫球化退火處理后，碳化物呈不規則的顆粒狀分布在鐵素體基體上，分布不均勻；經790℃/680℃3次循環球化退火處理后，顆粒狀碳化物尺寸變小，分布較為均勻；經1050℃固溶加790℃/680℃3次循環球化退火處理后，碳化物呈細小顆粒狀析出且彌散程度高。

從工藝上看，在獲得相同硬度情況下，用790℃/680℃3次循環球化退火，不僅可代替830℃等溫球化退火，而且能改善組織中碳化物的形態和分布、縮短球化退火時間，節約能源。這是因為循環球化退火在Ac1(750℃)以上加熱保溫過程中，片狀珠光體中的碳化物從尖角處溶解破斷，而在Ar1(710℃)以下保溫過程中，在原片狀碳化物的平面處析出顆粒狀碳化物，從而加速了CrWMn鋼球化過程的進行，改善了碳化物的形態和分布。在1050℃高溫條件下，CrWMn鋼中大量難溶的W、Cr等合金元素的碳化物溶入奧氏體中，經油淬后得到馬氏體或下貝氏體組織，在隨后進行的790℃/680℃循環球化退火過程中，則會彌散地析出點狀的W、Cr的碳化物。

因此，對于一般要求的CrWMn鋼，采用790℃/680℃3次循環球化退火工藝，既可滿足組織和硬度的要求，又能提高生產率，降低能耗；而對要求較高的可選用1050℃高溫固溶加790℃/680℃3次循環球化退火的預處理工藝。

圖4為經1050℃固溶加790℃/680℃3次循環球化退火處理后，經不同溫度油淬低溫回火后的CrWMn鋼的顯微組織。

圖4　CrWMn鋼不同溫度淬火＋低溫回火后組織
(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 結論

(1)　對CrWMn鋼采用790℃/680℃　3次循環球化替代常規退火、等溫球化退火，不僅可以改善其組織狀態和性能，而且還可以提高熱處理生產率，降低能耗。
(2)　1050℃固溶加790℃/680℃　3次循環球化退火，可進一步改善CrWMn鋼的組織狀態分布，提高其性能。
(3)　經1050℃固溶加790℃/680℃　3次循環球化退火處理后，再經830℃油淬200℃回火處理，CrWMn鋼組織均勻而細小，碳化物彌散程度高，其耐磨性和綜合性能好。■

作者簡介：陳文華(1963—)，男，碩士，講師。主要研究方向為金屬表面改性及金屬材料焊接。聯系電話：025-4892912(O)
作者單位：陳文華(南京航空航天大學，南京210016)

參考文獻：
［1］蔣修治譯.模具鋼熱處理［J］．模具技術，1994(1)．
［2］蔡　繤等．低溫快速球化處理［J］．金屬熱處理，1992(4)：8～11．
［3］滿　波．高碳鋼和軸承鋼的周期球化退火工藝［J］．金屬熱處理，1993(6)：43～44．

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