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        不同熱處理后5CrMnMo 鋼組織性能研究

        2020-10-26 02:08:26王淑花徐玉榮
        科學技術創(chuàng)新 2020年30期
        關鍵詞:馬氏體鐵素體淬火

        王淑花 徐玉榮

        (1、黑龍江科技大學材料學院,黑龍江 哈爾濱150000 2、哈爾濱建成集團有限公司軍品技術研究所,黑龍江 哈爾濱150000)

        模具是國民經(jīng)濟各部門重要的工藝裝備。據(jù)統(tǒng)計,飛機、坦克、汽車、拖拉機、電視機、儀器儀表等產(chǎn)品60%以上的零件,自行車、洗衣機、電冰箱、電風扇、空調(diào)、照相機等產(chǎn)品85%以上的零件,都要用到模具生產(chǎn)[1],沒有模具就沒有現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,因此如何提高模具的使用壽命是非常關鍵的。影響模具使用壽命的因素有很多,其中熱處理工藝及使用溫度的影響是至關重要的。

        同時在模具失效的諸多因素中,由于熱處理過失而引起的失效,約占多數(shù)[2-4]。由此可見,正確的熱處理對于提高模具壽命起到非常重要的作用。

        1 試驗材料及試驗方法

        本試驗采用市場購買的直徑22mm 的5CrMnMo 圓鋼。首先利用車床、銑床將材料加工成10×10×55mm3的沖擊試樣,用磨床將工件表面粗糙度磨到合適粗糙度,并用電火花線切割機切割U 形口。然后利用SX-4-10 箱式電阻爐進行熱處理,其熱處理工藝為:

        (1)預備熱處理(等溫退火):860℃加熱,保溫1h 后,隨爐冷至630-680℃等溫2-3h 后隨爐冷。

        (2)淬火+高溫回火:650℃預熱,保溫10 分鐘后隨爐升溫至860℃,保溫20 分鐘,油冷;560℃加熱,保溫1h 后油冷。

        (3)淬火+中高溫回火:650℃預熱,保溫10 分鐘后隨爐升溫至860℃,保溫20 分鐘,油冷;450℃加熱,保溫1h 后油冷。

        (4)亞溫淬火+低溫回火:650℃預熱,保溫10 分鐘后隨爐升溫至770℃,保溫20 分鐘,油冷;180℃加熱,保溫1h 后空冷。

        利用JB-30B 型半自動沖擊試驗機對不同熱處理后的5CrMnMo 鋼試樣進行沖擊試驗。

        2 試驗結(jié)果分析

        2.1 金相組織分析

        圖1 為熱處理后5CrMnMo 鋼的金相組織,從圖(a)中可以看出,5CrMnMo 鋼經(jīng)淬火+高溫回火后的組織為回火索氏體,它是馬氏體的一種回火組織,是多邊形鐵素體與粒狀碳化物的混合物。此時的鐵素體已基本無碳的過飽和度,碳化物也為穩(wěn)定型碳化物,常溫下是一種平衡組織,這種組織具有一定的強度和硬度,同時又具有良好的塑韌性,即具有良好的綜合力學性能。這種組織有利于提高模具的使用壽命。

        從圖(b)中可以看出,5CrMnMo 鋼經(jīng)淬火+中溫回火后組織為回火托氏體,它也是馬氏體的一種回火組織,是針狀鐵素體與細小粒狀碳化物的混合物。

        從圖(c)中可以看出,5CrMnMo 鋼經(jīng)亞溫淬火+低溫回火后,組織中存在大量未溶的鐵素體,使奧氏體中的碳和合金元素增加,淬火后存在少量穩(wěn)定的殘余奧氏體,可阻止裂紋的萌生與擴展,亞溫淬火可降低有害雜質(zhì)元素在奧氏體中的偏聚,起到凈化晶界的作用,其組織為大量的鐵素體、殘余奧氏體和馬氏體。

        圖1 5CrMnMo 鋼不同熱處理后的金相組織圖(400×)

        2.2 沖擊性能的分析

        從表1 中可以看出熱作模具鋼5CrMnMo 經(jīng)不同熱處理后其沖擊韌性隨著沖擊溫度的升高而提高,其原因是隨著溫度的上升,位錯的運動阻力下降,在相同外力作用下其塑性變形程度較大,表現(xiàn)在宏觀上就是吸收較多的外力做功,即沖擊功較大,所以其沖擊韌性好。淬火+高溫回火后5CrMnMo 后沖擊性能最好,因為高溫回火后的組織為具有良好的綜合性能的回火索氏體。中溫回火件次之,亞溫淬火+低溫回火件的沖擊性能最差,因為低溫回火后組織為大量鐵素體+馬氏體和參余奧氏體的混合組織,馬氏體硬而脆,韌性較低,而鐵素體的韌性也較差,并且在室溫和400℃下沖擊時韌性較低,其原因是室溫下組織的塑韌性較差所致,而在400℃沖擊時斷口為藍色,即產(chǎn)生了藍脆現(xiàn)象,導致其韌性降低。

        表1 不同熱處理后5CrMnMo 鋼的沖擊功(J/mm2)

        3 結(jié)論

        3.1 5CrMnMo 鋼經(jīng)淬火+高溫回火后沖擊性能最好,并且隨著沖擊溫度的升高,沖擊性能提高。

        3.2 5CrMnMo 鋼經(jīng)亞溫淬火+低溫回火后在室溫和400℃沖擊時,沖擊韌性較低,且在400℃沖擊時產(chǎn)生了藍脆現(xiàn)象。

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