摘 要:ZG１５Cr２Mo１鋼在力學(xué)性能檢測時結(jié)果差異較大,通過室溫和高溫力學(xué)性能試驗、化學(xué) 成分分析、金相檢驗等方法對兩組力學(xué)性能差異較大的試樣進行了分析,并確定了合理的熱處理工 藝.結(jié)果表明:熱處理工藝不穩(wěn)定導(dǎo)致的顯微組織差異是該鋼力學(xué)性能差異較大的主要原因;在 ９２０~９７０ ℃保溫８~１２h正火和７２０~７６０ ℃保溫８~１２h回火,可使該鋼組織均勻,獲得較好的 綜合力學(xué)性能.

關(guān)鍵詞:ZG１５Cr１２Mo１鋼;力學(xué)性能;沖擊吸收能量;回火貝氏體;熱處理 

中圖分類號:TG１４２．１ 文獻標志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１９)１０Ｇ０６８６Ｇ０４

ZG１５Cr２Mo１鋼常用于制造燃汽鑄鋼件,服役 時需承受高溫、振動等,因此要求其具有較好的室溫 及高溫綜合力學(xué)性能.實際生產(chǎn)中,該鋼的正火熱 處理溫度不高于９８０ ℃,回火溫度不低于６７５ ℃. 生產(chǎn)初期,產(chǎn)品時常出現(xiàn)室溫、高溫力學(xué)性能不穩(wěn)定 的情況.為此,筆者通過對力學(xué)性能差異較大的產(chǎn) 品進行理化檢驗與分析,研究了 ZG１５Cr２Mo１鋼力 學(xué)性能出現(xiàn)差異的主要原因,并制定相應(yīng)措施,以期 實現(xiàn)產(chǎn)品性能的穩(wěn)定控制. 

１ 理化檢驗 

１．１ 室溫力學(xué)性能試驗 

將室溫條件下抗拉強度合格的試樣分為一組 (編號為１),不合格的分為一組(編號為２),其力學(xué) 性能測試結(jié)果見表１.可知１組試樣的平均抗拉強 度比２組試樣的高,而沖擊吸收能量要遠低于２組 試樣的.經(jīng)查證,２組試樣的回火溫度相對比１組 試樣的要高.

１．２ 高溫力學(xué)性能試驗 

在１,２組試樣對應(yīng)的產(chǎn)品上截取相同狀態(tài)的試樣 進行高溫力學(xué)性能試驗,結(jié)果見表２.可以看出１組試 樣的室溫、高溫抗拉強度均較高,高溫持久強度持續(xù)時 間長,但斷口形貌轉(zhuǎn)化溫度(剪切斷面率達到５０％)也 較高,不利于抵抗高溫沖擊.２組試樣的室溫、高溫抗 拉強度均較低,但抵抗高溫沖擊的能力較好. 

１．３ 化學(xué)成分分析 

對兩組試樣的化學(xué)成分進行分析,結(jié)果見表３. 可見化學(xué)成分差異并不大,也說明 ZG１５Cr２Mo１鋼 的力學(xué)性能結(jié)果差異與化學(xué)成分關(guān)系不大. 

１．４ 金相檢驗 

從１組和２組試樣中分別選取一個(編號為１ 號試樣和２號試樣)在６０ ℃時進行沖擊試驗,并觀 察斷口附近的顯微組織形貌.１號試樣的沖擊吸收 能量為６５J,遠低于抗拉強度不合格的２號試樣的 沖擊吸收能量(１２５J).１號試樣斷口附近顯微組織 為灰黑色板條狀貝氏體和灰白色島嶼狀貝氏體,鐵 素體基體上分布著細小的顆粒狀碳化物,組織均勻 性差,見圖１.２號試樣組織中的鐵素體發(fā)生了合并 長大,呈準多邊形,鐵素體基體上分布著顆粒狀碳化 物,仍可見少量斷續(xù)分布的板條狀貝氏體,見圖２. 這也說明了２號試樣回火溫度較高,回火充分,沖擊韌度較好[１Ｇ２].

１．５ 掃描電鏡分析 

使用掃描電鏡(SEM)對兩試樣顯微組織進行觀察.由圖３可以看出,１號試樣中存在板條狀貝 氏體以及鐵素體上分布著顆粒狀、針棒狀碳化物的 島狀貝氏體.說明其回火不充分,碳化物對位錯有 一定釘扎作用,所以強度高,沖擊韌度低.

由圖４可以看出,部分視場下２號試樣的板條 狀貝氏體基本消失,條狀鐵素體合并成多邊形鐵素 體,顆粒狀碳化物減少.說明其回火較充分,碳化物 對位錯的釘扎作用減弱,應(yīng)力集中減小,強度降低, 沖擊韌度提高. 

２ 分析與討論

從上述檢驗結(jié)果可以看出,兩組試樣的化學(xué)成 分差異不大,說明化學(xué)成分不是造成該鋼力學(xué)性能 差異的主要原因. 

１號試樣沖擊斷口附近的顯微組織不均勻,存 在板條狀貝氏體,說明其回火溫度低或保溫時間短, 回火不充分.析出的碳化物釘扎位錯導(dǎo)致位錯密度 較高,所以其抗拉強度較高,斷口形貌轉(zhuǎn)化溫度也較 高,室溫及高溫韌性差[３Ｇ４].同時,１號試樣的晶粒 較粗大,這與正火溫度有關(guān),正火溫度高,碳及合金 元素充分溶入奧氏體,回火時析出的碳化物多而彌 散,強化效果好;但正火溫度高,保溫時間長,材料晶 粒較大時,晶界對位錯運動的阻礙作用減弱,裂紋易 擴展,材料韌性降低[５]. 

２號試樣顯微組織較均勻,主要為準多邊形鐵 素體,板條狀貝氏體基本消失.說明其熱處理回火 溫度較高,貝氏體回火充分.第二相粒子對位錯的 釘扎作用減弱,位錯可動性增強,基體軟化,使得材 料強度下降,而塑性、韌性提高[３,６].

３ 熱處理工藝的改進 

根據(jù)上 述 分 析 結(jié) 果,結(jié) 合 ZG１５Cr２Mo１ 鋼 的 CCT 曲線,采用不同熱處理工藝進行試驗得出,該 鋼在９２０~９７０ ℃保溫８~１２h后空冷進行正火,可 獲得 １００％ 貝 氏 體 和 合 適 的 晶 粒 度. 在 ７２０~ ７６０ ℃保溫８~１２h,以３０~６０ ℃??h－１的冷速進行 回火,可獲得較理想的室溫及高溫綜合力學(xué)性能. 

按上述工藝對ZG１５Cr２Mo１鋼進行熱處理,其 顯微組織發(fā)生了明顯的再結(jié)晶,組織均勻,為類似回 火索氏體組織,板條狀貝氏體基本消失,晶粒較細 小,見 圖 ５. 其 室 溫 力 學(xué) 性 能 為:抗 拉 強 度 ６２５MPa,規(guī)定塑性延伸強度４６８ MPa,斷后伸長率 ２１％,斷面收縮率６８％,布氏硬度１８７ HBW,高溫 抗拉強度５４５MPa,６０ ℃下沖擊吸收能量為１３５J, 剪切斷面率達到５０％時的溫度為２０℃,見圖６.且 ３次高溫持久試驗結(jié)果均達１４５h以上,符合技術(shù) 要求.可見對于ZG１５Cr２Mo１鋼,在成分差異不大 的情況下,科學(xué)合理的熱處理工藝是穩(wěn)定其室溫及高溫綜合力學(xué)性能的保證[７]. 

４ 結(jié)論 

(１)當回火溫度較低時,ZG１５Cr２Mo１鋼的組 織中存在板條狀貝氏體,位錯密度較高,其室溫、高 溫抗拉強度高,但抵抗沖擊的能力較差;回火溫度較 高時,該鋼發(fā)生明顯的回復(fù)再結(jié)晶,板條狀貝氏體消 失,出現(xiàn)準多邊形鐵素體,碳化物聚集長大,位錯密 度減小,其沖擊韌度提高,但室溫、高溫強度偏低.

(２)采用９２０~９７０ ℃保溫８~１２h后空冷正 火 ,７２０~７６０ ℃保溫８~１２h后以３０~６０ ℃??h－１ 的冷速回火對ZG１５Cr２Mo１鋼進行熱處理,可以獲 得較理想的室溫及高溫綜合力學(xué)性能.

參考文獻: 

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<文章來源  > 材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 55卷 > 10期 (pp:686-689)>