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珠光體鋼微觀組織與拉伸性能關(guān)系

以SWRS82B鋼為研究對(duì)象,制定熱處理工藝:將試樣奧氏體化后在低溫鹽槽停留短時(shí)間后馬上進(jìn)入高溫鹽槽等溫,目的是增加珠光體轉(zhuǎn)變過(guò)冷度,提高珠光體形核率,減小珠光體團(tuán)尺寸,從而探索高碳珠光體鋼力學(xué)性能與顯微組織尺寸之間的關(guān)系。結(jié)果表明,珠光體鋼強(qiáng)度指標(biāo)主要由珠光體片層間距決定。晶粒尺寸明顯影響塑性指標(biāo),晶粒尺寸越小塑性指標(biāo)越高,而當(dāng)晶粒尺寸相近時(shí),珠光體團(tuán)尺寸越細(xì)小斷面收縮率越高。

珠光體組織是結(jié)構(gòu)鋼中的重要組織之一,前期國(guó)內(nèi)外研究對(duì)珠光體片層間距和原奧氏體晶粒及珠光體團(tuán)尺寸等參數(shù)與力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行了探索,細(xì)化珠光體亞結(jié)構(gòu)組織,提高其綜合力學(xué)性能的研究已較為廣泛。Elwazri對(duì)過(guò)共析(高碳)珠光體鋼的研究表明,細(xì)小的片層間距有利于過(guò)共析珠光體鋼強(qiáng)度的提高,而細(xì)化原奧氏體晶粒則有利于其塑韌性的提高。Korda的試驗(yàn)指出,細(xì)珠光體團(tuán)有利于提高基體疲勞裂紋擴(kuò)展阻力。文獻(xiàn)指出,拔制過(guò)程中珠光體所有鐵素體及滲碳體片會(huì)轉(zhuǎn)向拔制方向。組織細(xì)化后,單位體積內(nèi)鐵素體及滲碳體片取向不利的珠光體團(tuán)得到細(xì)化,使局部產(chǎn)生大量塑性變形引起應(yīng)力集中的可能性減少。

目前文獻(xiàn)報(bào)道的團(tuán)尺寸的細(xì)化均是在實(shí)現(xiàn)原奧氏體晶粒細(xì)化的基礎(chǔ)上或是降低珠光體相變溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的,如細(xì)化原奧氏體晶粒尺寸,珠光體晶界形核率增加也會(huì)細(xì)化珠光體團(tuán)尺寸;不同的等溫溫度也會(huì)得到不同尺寸的珠光體團(tuán),但是其片層間距也會(huì)有較大變化。因此較難把握珠光體具體尺寸因素與性能的關(guān)系。本文制定了特定的熱處理制度,比較了團(tuán)尺寸與其性能變化的相關(guān)聯(lián)系,結(jié)果將有助于珠光體鋼組織控制研究。

1、試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)所用材料為國(guó)產(chǎn)SWRS82B鋼盤(pán)條,直徑為12.5mm,主要成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)為:0.80C,0.21Si,0.77Mn,0.20Cr,余量Fe。截取150mm長(zhǎng)試樣分成3組。采用箱式電阻爐加熱,同時(shí)兩鹽槽溫度分別控制在380℃及550℃,通過(guò)前期的試驗(yàn)結(jié)果分析后,制定了熱處理工藝見(jiàn)表1。

表1 SWRS82B鋼熱處理工藝

No.1、No.2工藝采用1000℃保溫1h是希望得到較大尺寸晶粒,進(jìn)入鹽槽前將溫度隨爐降至860℃保溫20min為了與No.3工藝進(jìn)入鹽槽前奧氏體化溫度一致。No.2工藝中,在進(jìn)入最終550℃鹽槽等溫前,先進(jìn)入了380℃鹽槽保溫<3s,再快速進(jìn)入550℃鹽槽(間隔時(shí)間低于1s,熱處理過(guò)程中每組試樣均用鐵絲綁在一起)。這是經(jīng)過(guò)前期低溫保溫溫度及保溫時(shí)間的摸索,得到的有效工藝參數(shù),目的是瞬間提高試樣過(guò)冷度,在還未發(fā)生相變時(shí)馬上又進(jìn)入550℃鹽槽,提高珠光體相變形核率,細(xì)化團(tuán)尺寸。由于試樣最終等溫溫度都在550℃,因此片層間距相差不大。最終試驗(yàn)結(jié)果也說(shuō)明該工藝對(duì)細(xì)化珠光體團(tuán)尺寸具有一定作用。3組熱處理試樣分別加工成7mm的圓柱拉伸試樣(No.2組試樣表面冷速快的基體被加工去除),在Instron8501萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸性能試驗(yàn)。金相試樣表面打磨和拋光后用3%的硝酸酒精溶液侵蝕,在KYKY2800B型掃描電鏡(SEM)上進(jìn)行組織及斷口觀察。奧氏體晶粒度采用飽和苦味酸水溶液進(jìn)行腐蝕。片層間距及團(tuán)尺寸測(cè)量采用多張SEM照片通過(guò)截線法進(jìn)行測(cè)量,然后取平均值。晶粒尺寸采用光學(xué)組織圖片進(jìn)行截線測(cè)量。

結(jié)論

1)試驗(yàn)鋼奧氏體化后快速過(guò)冷到低溫,再迅速在550℃等溫?zé)崽幚?,可得到與直接550℃等溫試樣相近的珠光體片層間距,而珠光體團(tuán)尺寸可得到一定程度上的細(xì)化。這是由于快速過(guò)冷處理增加過(guò)冷度,提高珠光體形核率所致;

2)珠光體鋼抗拉強(qiáng)度主要由珠光體片層間距控制,當(dāng)珠光體片層間距相差不大時(shí),即使晶粒尺寸及珠光體團(tuán)尺寸不一致,其抗拉強(qiáng)度指標(biāo)也相近;

3)珠光體團(tuán)尺寸也是影響珠光體鋼塑性指標(biāo)的重要組織參數(shù)。當(dāng)珠光體鋼晶粒尺寸與片層間距相近時(shí),珠光體團(tuán)尺寸較細(xì)小的試樣具有更高的斷面收縮率。

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