朱曉東

(成都大學(xué)工業(yè)制造學(xué)院,四川成都 610106)

0 引 言

65Mn是制作各種板彈簧、絲彈簧的材料之一,多用于汽車、火車等交通運(yùn)輸工具中,在儀表、家具、兒童玩具等制造中也得到大量應(yīng)用.65Mn彈簧鋼中,錳能提高其淬透性,其強(qiáng)度、硬度、彈性和淬透性均比65號(hào)鋼高,而且直徑12 mm的鋼材在油中可以淬透,表面脫碳傾向比硅鋼小,經(jīng)熱處理后的綜合力學(xué)性能優(yōu)于碳鋼.但其有過(guò)熱敏感性和回火脆性,水淬有形成裂紋的傾向,退火態(tài)可切削性尚可,冷變形塑性低,焊接性差[1-2].

一般而言,淬火加熱溫度以及保溫時(shí)間對(duì)金屬材料熱處理后的性能有著極大影響.加熱溫度過(guò)低,則材料尚未完全奧氏體化,存在有部分未轉(zhuǎn)變的鐵素體,淬火后鐵素體仍保留在淬火組織當(dāng)中,而鐵素體的硬度較低,從而使淬火后的硬度達(dá)不到要求,同時(shí)也會(huì)影響其它力學(xué)性能;加熱溫度過(guò)高,則奧氏體晶粒會(huì)顯著粗大,淬火后得到的馬氏體晶粒也較粗大,造成硬度值降低[3].據(jù)此,本文以65Mn彈簧鋼為研究對(duì)象,探討不同淬火溫度對(duì)該材料硬度與組織的影響,擬為獲得最佳的65Mn彈簧鋼熱處理工藝提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

1 實(shí) 驗(yàn)

為了研究65Mn彈簧鋼淬火加熱溫度對(duì)其硬度值的影響,本研究采用5組直徑20 mm,高度15 mm的試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn).在實(shí)驗(yàn)中,試樣采用WE-600B1型箱式電阻爐進(jìn)行加熱以及保溫,保溫時(shí)間、冷卻介質(zhì)、回火溫度及保溫時(shí)間都一致,只是加熱溫度不同.具體熱處理工藝流程如表1所示.

表1 5組試樣熱處理參數(shù)

試樣熱處理完成后,按照HRC規(guī)程利用洛氏硬度計(jì)測(cè)試試樣的硬度.由于洛式硬度壓痕很小,易受材料表面不平或材料內(nèi)部組織不均勻的影響,為克服測(cè)量值的局部性,需測(cè)數(shù)個(gè)點(diǎn)求平均值[4].故對(duì)每組試樣測(cè)5個(gè)不同位置的硬度,取其平均值,得到數(shù)據(jù)如表2所示.

表2 熱處理后試樣硬度值

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試樣淬火加熱溫度與硬度值關(guān)系如圖1所示.

從圖1可以看出,在加熱溫度小于830℃時(shí),隨加熱溫度的增加,試樣的硬度值大幅度增加.當(dāng)加熱溫度高于830℃時(shí),隨加熱溫度的增加,試樣的硬度值略微下降.在830℃時(shí),試樣的硬度達(dá)到最大值.

圖1 試樣的淬火加熱溫度與硬度值關(guān)系圖

2.2 分 析

分析發(fā)現(xiàn),在淬火加熱溫度較低時(shí),雖然已經(jīng)達(dá)到臨界溫度以上,但是由于溫度不夠高,保溫時(shí)間不夠長(zhǎng),奧氏體化沒(méi)有完全進(jìn)行.這是因?yàn)閵W氏體化是通過(guò)碳原子和鐵原子的擴(kuò)散進(jìn)行的,擴(kuò)散需要一定的能量以及足夠的時(shí)間才能完全均勻化.在保溫時(shí)間一定的情況下,就必須提高溫度以給原子擴(kuò)散提供足夠的能量.一旦奧氏體化未能完全進(jìn)行,則試樣基體中存在殘余的鐵素體,水淬后不能全部得到馬氏體,導(dǎo)致試樣硬度值較低.

在淬火加熱溫度高于830℃時(shí),由于原子擴(kuò)散獲得了足夠的能量,能夠?qū)W氏體化過(guò)程進(jìn)行完全,水淬后能得到基本完全的馬氏體組織,所以試樣硬度較高.此外,從圖1也可以看出,當(dāng)溫度超過(guò)830℃時(shí),隨加熱溫度提高,試樣的硬度值沒(méi)有繼續(xù)增加,反而略微降低,這是因?yàn)榧訜釡囟冗^(guò)高,奧氏體晶粒尺寸會(huì)有所增大,其水淬時(shí)轉(zhuǎn)變得到的馬氏體晶粒尺寸也會(huì)有所增大.由細(xì)晶強(qiáng)化原理[5]可知,晶粒越細(xì)小,其硬度值越高,所以溫度過(guò)高時(shí),其硬度值會(huì)有少許降低.

在試樣的熱處理完成后,將各個(gè)試樣用80和240號(hào)砂紙進(jìn)行粗磨,粗磨完成后再用01、02、03、04號(hào)砂紙細(xì)磨.然后用Cr2O3粉末配制的拋光液對(duì)試樣進(jìn)行拋光,并用含有4%硝酸的酒精溶液對(duì)拋光后的試樣進(jìn)行腐蝕.腐蝕工序完成后,將試樣清洗并干燥后,用金相顯微鏡上觀察其金相組織,結(jié)果見(jiàn)圖2～圖4.

圖2 加熱溫度為780℃時(shí)試樣室溫組織示意圖

圖3 加熱溫度為830℃時(shí)試樣室溫組織示意圖

圖4 加熱溫度為880℃時(shí)試樣室溫組織示意圖

從圖2～圖4可以看出,淬火加熱溫度為780℃、830℃、880℃的試樣室溫組織基體都為回火托氏體.在780℃加熱溫度下得到的金相組織基體上出現(xiàn)一些白色鐵素體組織,表明此加熱溫度下試樣未能完全奧氏體化;在830℃、880℃加熱條件下室溫組織未出現(xiàn)鐵素體組織,表明試樣奧氏體化已經(jīng)完全.金屬材料在完全奧氏體化水淬能得到更多的馬氏體,硬度值也更高,這與硬度測(cè)試結(jié)果一致.另外,從圖3、圖4的對(duì)比可以看出,加熱溫度為880℃的基體組織比加熱溫度為830℃的基體組織略微粗大,所以其硬度值稍低.

3 結(jié) 語(yǔ)

為研究淬火加熱溫度對(duì)65Mn彈簧鋼熱處理后的硬度影響,對(duì)尺寸為直徑20 mm,高度15 mm的65Mn熱處理試樣進(jìn)行不同加熱溫度的淬火處理,在其他條件保持相同的條件下,分別控制淬火加熱溫度為780℃、810℃、830℃、850℃、880℃,水淬后中溫回火.硬度測(cè)試表明,在淬火加熱溫度低于830℃時(shí),試樣硬度值較低,其室溫金相組織顯示有少量鐵素體組織,這是由于加熱溫度不夠高,奧氏體化不完全造成的.當(dāng)淬火加熱溫度高于830℃時(shí),隨溫度的增加,其硬度值略微降低,其室溫金相組織也有略微增大,這是由于加熱溫度高,奧氏體晶粒長(zhǎng)大造成的.

[1]《鋼鐵材料手冊(cè)》總編輯委員會(huì).鋼鐵材料手冊(cè)[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

[2]丁厚福,王立人.工程材料[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2001.

[3]楊滿.實(shí)用熱處理手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[4]崔明鐸.工程材料及其熱處理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[5]石德珂.材料科學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.