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        探究ZG40Mn2Si1RE鋼襯板熱處理工藝的金相控制

        2015-12-10 14:52:01劉晨陽
        中國科技縱橫 2015年14期
        關(guān)鍵詞:金相襯板馬氏體

        劉晨陽 陳 林

        (內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院,內(nèi)蒙古包頭 014010)

        探究ZG40Mn2Si1RE鋼襯板熱處理工藝的金相控制

        劉晨陽陳林

        (內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院,內(nèi)蒙古包頭 014010)

        為了抵抗大壓力以及過強的沖擊性,錳鋼近幾年得到了越來越多相關(guān)人士的關(guān)注,特別是防磨損的性能,更是得到了廣泛關(guān)注。球磨機作為鋼鐵行業(yè)中比較常見的一種粉碎設(shè)備,其襯板被要求具備良好的耐磨性,因此,調(diào)整錳鋼的分子組成,并合理設(shè)計其熱處理工藝,就成為了當(dāng)前需要注重關(guān)注的問題。本文以ZG40Mn2Si1RE鋼襯板為例,簡要介紹其熱處理工藝以及金相控制實驗。

        ZG40Mn2Si1RE鋼襯板 熱處理 金相實驗

        鋼鐵鑄件在進行淬火以及回火之前,需要進行事先的熱處理,通常對其進行退火或是正火處理,提升其耐磨性。經(jīng)過熱處理后的鋼鐵鑄件將具備更均勻的化學(xué)成分以及顯微組織,并消除鑄造產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,進一步細(xì)化晶粒,得到一定的力學(xué)效果。所以,當(dāng)研制出一種新型的鋼鐵種類時,往往先要對其進行熱處理實驗,分析其金相,進而在實際生產(chǎn)中合理控制鋼鐵鑄件的強度、剛度、耐磨性等性能。

        1 ZG40Mn2Si1RE鋼襯板概述

        ZG40Mn2Si1RE鋼是向錳鋼中參雜了稀土元素、硅元素等合金元素而誕生的一個新鋼種,主要用于制作球磨機的襯板,使用性能非常好。該鋼種具備良好的韌性以及耐磨性,能夠滿足實際生產(chǎn)時球磨機的需要。

        ZG40Mn2Si1RE鋼的化學(xué)組成成分,融合了碳、硅、錳、RE等元素,其中,錳和硅元素可以提升奧氏體的淬透性,硅元素還能提升彈性極限,加入稀土元素,能夠凈化晶界并細(xì)化晶粒,綜合提升鋼的力學(xué)性能以及耐磨性。

        2 ZG40Mn2Si1RE鋼襯板熱處理工藝原理

        將ZG40Mn2Si1RE鋼加熱至臨界點以后,進行奧氏體化,隨后以合適的溫度冷卻下來,得到想要的馬氏體組織,進而得到想要的力學(xué)性能。

        3 ZG40Mn2Si1RE鋼襯板熱處理設(shè)計以及試驗

        3.1生產(chǎn)條件

        想要對鋼鑄件進行金相實驗,需要下列設(shè)備:

        熔煉設(shè)備:中頻感應(yīng)爐/500kg;

        化驗設(shè)備:由日本出產(chǎn)的直讀光譜儀,全套標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)化驗用設(shè)備;

        熱處理設(shè)備:罩式翻轉(zhuǎn)臺車爐,型號選用RT3-150-12型,尺寸規(guī)格為2.0(m)*1.0(m)*0.8(m),最高可以達(dá)到1200℃,裝爐量為2.5噸,用于淬火保溫,襯板結(jié)束淬火處理后,側(cè)翻到鹽水槽中,規(guī)格為3.0(m)*2.5(m)*3.0(m),進行循環(huán)冷卻;

        回火設(shè)備:風(fēng)扇臺車爐,功率為70kW;

        式樣獲取設(shè)備:數(shù)控切割機床,型號為PK7732F電火花式切割機[2];

        另外需考慮v關(guān)聯(lián)著3個(3,3,8)-面這種情況。由引理1(6)知此時最壞的情況是v關(guān)聯(lián)著4個6-面,3個(3,3,8)-面,一個(3,5+,8)-面。由引理4知這3個(3,3,8)-面在最壞情況下即兩個窮面一個富面(或兩個半窮面一個窮面),它們從8-點獲得的總權(quán)值為由R1,R3.6及最壞3-面8-點情形得

        力學(xué)性能檢驗用設(shè)備:沖擊試驗機,型號為JB-30B,布洛維光學(xué)硬度檢驗機,型號為HBRVU-187.5。

        3.2試驗方法

        將工廠生產(chǎn)出的批量鑄件,在本體上切取試樣。鑄件本體需要進行鹽水淬火、回火以及水淬火和回火,其中,鹽水淬火溫度分別定于800℃、870℃、890℃、970℃、1050℃,水淬火溫度可以定在890℃,回火溫度定于240℃,淬火用的介質(zhì)溫度可以定在5-40℃之間。熱處理工藝結(jié)束后,便可以切取試樣進行測試。

        將需要試驗的鋼襯板放置于數(shù)控線切割機床中切得規(guī)格為10(mm)*10(mm)*55(mm)的試樣,盡量保證試樣上面沒有缺口,采用沖擊試驗機以及布洛維硬度計檢測αKn以 及HRC值 。

        3.3試驗結(jié)果

        根據(jù)熱膨脹法以及Formaster膨脹儀可以測出鋼在熱處理過程中的臨界轉(zhuǎn)變溫度,臨界點Ac3、Ac1分別是775℃和720℃,馬氏體開始轉(zhuǎn)變和結(jié)束轉(zhuǎn)變溫度Ms、Mf分別是275℃和120℃。

        ZG40Mn2Si1RE鋼經(jīng)過熱處理以后,分析其力學(xué)性能和相應(yīng)的金相組織關(guān)系。

        3.4金相分析

        對試樣進行編號。其中,編號1-9試樣,ZG40Mn2Si1RE鋼在奧氏體的890℃進行鹽水淬火,并降其溫度到Ms以下,可以得到想要的中碳馬氏體,同時在回火時保證240℃,便可以得到中碳回火馬氏體[3]。因為馬氏體停止轉(zhuǎn)變的溫度Mf120℃在室溫以上,所以淬火期間并不會產(chǎn)生殘余的奧氏體,已經(jīng)完全轉(zhuǎn)變成了想要的馬氏體。馬氏體的力學(xué)性能非常好,硬度可以達(dá)到56-57HRC,αKn也能達(dá)到80-120J/cm2。

        10號試樣中的金相組織是珠光體和網(wǎng)狀鐵素體的集合,硬度很低,力學(xué)性能較差;

        11號和12號試樣中的鐵素體沒能融入到奧氏體中,淬火回火處理以后的金相組織,力學(xué)性能雖然好于10號試樣,但是與標(biāo)準(zhǔn)金相組織相比卻仍有一段距離;

        13號試樣產(chǎn)生了比較大的馬氏體,雖然硬度在淬火后很好,但是αKn值卻很低;

        14號試樣由于淬火介質(zhì)是水,冷卻速度比鹽水慢很多,冷卻期間未能達(dá)到臨界值,進而出現(xiàn)了鐵素體和屈式體,回火處理以后得到了回火馬氏體、鐵素體、屈式體的組合,力學(xué)性能很差;

        15號試樣中的淬火介質(zhì)溫度較高,冷卻能力差,回火后得到的不完全是馬氏體,力學(xué)性能也達(dá)不到想要的標(biāo)準(zhǔn);

        16號試樣中的淬火介質(zhì)溫度就更高了,以至于部分奧氏體直接轉(zhuǎn)變成了貝氏體,回火后得到的是貝氏體、鐵素體以及回火馬氏體的組合,力學(xué)性能也無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn);

        17號試樣加熱溫度過高,鹽水溫度過高,有鐵素體析出,回火以后會出現(xiàn)粗大的回火馬氏體,力學(xué)性能未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

        4 結(jié)語

        綜上所述,ZG40Mn2Si1RE鋼在890℃進行奧氏體化,經(jīng)鹽水淬火冷卻,240℃回火處理得到的金相組織為均勻純凈的回火馬氏體,力學(xué)性能較好。

        [1]周立成,劉小水,宋俊良,張相中,王賀,王定祥.ZG40Mn2Si1RE鋼襯板熱處理工藝的金相控制[J].鑄造技術(shù),2009(03).

        [2]王定祥,孫平.我國耐磨鋼鐵材料標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用概況[A].中國機械工程學(xué)會.2014中國鑄造活動周論文集[C].中國機械工程學(xué)會,2014(9).

        [3]王定祥,孫志偉.鋼鐵耐磨材料熱處理[A].中國鑄造科工貿(mào)聯(lián)誼活動組織委員會、中國鑄造科工貿(mào)聯(lián)誼活動常設(shè)籌備處.2014消失模與V法鑄造論文集[C].中國鑄造科工貿(mào)聯(lián)誼活動組織委員會、中國鑄造科工貿(mào)聯(lián)誼活動常設(shè)籌備處,2014(24).

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