残留铸态组织对铸钢性能的影响.docx

张 博（陕西工业职业技术学院 材料工程系，陕西 咸阳 712000）摘 要：通过对宏观断口、微观断口和金相组织的比较分析，研究了残留铸态组织对铸钢性能的影响。结果表明，正火不充分而残留铸态组织的铸钢试样，抗拉强度、伸长率均能达标，断面收缩率稍低，但冲击功却比正常组 织试样低很多。关键词：残留铸态组织；抗拉强度；冲击功中图分类号：tg142.1+2文献标识码：a文章编号：1001-3814(2008)15-0045-03effect of remain casting microstructure on properties of cast steelzhang bo(dept of materials science & engineering, shanxi polytechnic institute, xianyang 712000, china)abstract：by means of comparison and analysis on macrofracture, microfracture, microstructure, the effect of remaining casting microstructure on properties of cast steel was studied. the results show that for the samples with remaining casting microstructure after normalizing, its tensile strength and elongation can be up to standard, and its fracture contraction rate reduces a little, but its impact work becomes lower than the samples with normal microstructure.key words：remaining casting microstructure；tensile strength；impact work对一批支架类零件做日常验收工作。该零件要求，材质为 st52-3, 组织为正火处理状态。技术 要求为，抗拉强度 490630 n/mm2，伸长率不小 于 22% ，冲击功大于 27 j （20 ，德国标准 din17100）。检验结果显示，该批零件的组织有正 常的正火态，也有存在残留铸态的非正常正火组 织。有残留铸态组织的试样，其抗拉强度、伸长率 均合乎技术要求，断面收缩率稍低，但冲击功很 低，远远达不到技术要求。为此，对两种不同状态 的零件取样做理化分析。从表 1 可以看出，1#、2# 样的化学成分均未超标。1.2 硬度经测试，1# 试样的硬度为 152 hb，2# 试样的 为 168 hb，说明残留铸态组织样品的硬度高于正 常的正火组织样品。1.3 性能试验1#、2# 试样的力学性能见表 2。表 2 抗拉试验、冲击试验结果tab. 2 the results of tensile and impact experiment理化检验化学成分分析见表 1。1# 试样为正常的正火 组织样品，2# 试样为残留铸态组织样品。表1 化学分析结果(质量分数，) tab.1 the results of chemical compositionanalysis (wt)167.01.4 宏观断口分析图 1 为拉伸试样的断口形貌。可以看出，1# 试 样（右）、2# 试样（左）均为杯锥状断口，断口为暗灰 色韧性断口，纤维区面积较大。1# 试样缩颈较明 显，断面收缩率值较大，见表 2。图 2 为带 u 形缺 口的冲击试样断口。可以看出，1# 试样（右）断口有 明显的塑性变形，表现为有明显的收缩，断口为纤维状；断口闪亮金属小平面较小，并且有剪唇。2# 试样（左）断口较平，没有塑性变形痕迹，为典型的 脆性结晶状断口，断面上均为闪亮的结晶小平面，收稿日期：2008-03-05作者简介：张博（19 66 -），女，河北人，副教授，高工 ；主要研究方向 为材料检测与质量控制；电话e-mail：yx_热加工工艺2008 年第 37 卷第 15 期45项目csimnsp1# 样2# 样标准值20.380.560.601.471.571.700.0080.0100.040.0200.0280.04编号抗拉强度mpa伸长率 (%)冲击功j断面收缩率 （%）1#56053521.028.014061.02#57356923.025.01243.057.050 滋m图 3 1拉伸样sem fig.3 sem of the sample 150 滋m图 4 2拉伸样 sem fig.4 sem of the sample 2图 1 拉伸试样断口fig.1 fracture of tensile sample图 2 冲击试样断口fig.2 fracture of impac t sample50 滋m图 5 1号冲击样源区 semfig.5 sem of impact resource area of the sample 150 滋m图 6 1冲击样扩展区 semfig.6 sem of extending area of the sample 1100 滋m图 7 2冲击样源区 semfig.7 sem of impact resource area of the sample 250 滋m图 8 2冲击样扩展区 semfig.8 sem of extending area of the sample 2金属铸锻焊技术2008 年 8 月castingforgingwelding小平面的尺寸较大。1.5 微观断口分析 扫描电镜观察发现，1、2试样拉伸断口均为韧窝形貌，1样韧窝较大、较深，撕裂棱突出，2试 样韧窝较小、较浅，撕裂棱较平，见图 3、4；1试样冲击断口源区为塑性的韧窝形貌，扩展区为准解理特征，见图 5、6；2试样源区和扩展区均为粗大 的解理形貌，见图 7、8。结果表明，1正常组织试样，在拉伸试验和冲击试验中均表现出良好的塑韧性，而 2残留铸态组织试样却不同，在拉伸试 验中表现出塑韧性，而在冲击试验中却表现出典 型的脆性特征。1.6 金相组织分析图 9 为 1试样组织形态，为等轴状的铁素 体珠光体，有少量的断续珠光体网，属正常的正46hot working technology 2008, vol.37, no.15100100图 9 1样显微组织图 10 2样显微组织fig.9 the microstructure offig.10 the microstructure the sample 1of the sample 2100图 11 2样冲击断口处二次裂纹fig.11 the second crack of the impact sample 2500图 12 裂纹沿晶界扩展fig.12 the crack extending along the grain boundary金属铸锻焊技术上半月出版castingforgingwelding火态组织；图 10 所示为 2试样典型的残留铸态组织，黑色珠光体网保留了铸态的粗大晶粒，晶粒铸钢由于凝固温度很高，并在 1495 产生包晶反应形成奥氏体，在高温下晶粒粗大，冷却时先 在晶界上析出铁素体和珠光体，进一步冷却时，由于奥氏体晶粒粗大，可供铁素体析出的晶界减少， 所以一部分铁素体呈针状在晶内析出，形成魏氏组织，在随后的正火中，如果温度偏低，如在ac1ac3 温度正火，由于没有完全奥氏体化，使得 铸态的粗晶和晶内的针状铁素体没有完全溶化而 保留下来，已奥氏体化的组织在随后的冷却中形成网状分布的珠光体和块状和棒状的铁素体所以会出现图 10 所示的 2样残留铸态组织。2.2 残留铸态组织对性能影响的分析 试验结果表明，残留铸态组织试样的抗拉强度、延伸率和正常组织试样几乎没有什么区别，断面收缩率则略低于正常组织试样，而冲击值却大 大低于正常组织试样，冲击断口也显示这种样品 脆性极大，所以在日常检验时单凭拉伸试验很难 判定试样力学性能合格与否。对于正常组织试样， 铁素体和珠光体呈等轴状均匀分布，晶粒细小，强 韧性较好，所以在冲击试验时，源区表现了良好的 韧性即韧窝特征，扩展区也是有一定韧性的准解 理特征；而残留铸态组织显微形貌为粗大的珠光 体网和网内的针状铁素体，图 11 表明受冲击力作 用，裂纹会沿着珠光体网的晶界萌生并扩展，图12 可以看出低倍下黑色珠光体网的高倍形貌类 似于鱼骨状，针状铁素体为鱼脊和鱼刺，裂纹正是 沿着晶界上低强度的铁素体薄弱路径扩展2。由 于晶内的针状铁素体更有利于解理的扩展，所以 试样在冲击力作用下表现为脆性极大的解理特 征。1 。内部铁素体为细针状呈方向性分布，黑色网状珠光体在高倍下观察近似鱼骨状，针状铁素体分布 在晶界上。图 11 为 2试样冲击断口处二次裂纹 沿晶界扩展的形貌，图 1