（材料加工工程专业论文）x15cr13耐热钢软化处理工艺及其热疲劳表面损伤研究.pdf

中文摘要 摘要 通过对x 1 5 c r l 3 镶进行模拟热处瑗实验，遴步优纯x 1 5 c r t 3 钢较耽处理工 艺，并确定最佳软化处理工艺。论文利用余相显微镜、扫描电镜观察不同热处理 工艺下样品微鼹组织变纯，并分析硬度与徽观组织转变的关系。耀x 射线衍射测 定残余獒氏体含量。雳扫描电镜定位跟踪观察x 1 5 c r l 3 耐热钢在细热过程中表面 损伤形貌的演变。 论文主要研究结果如下： ( 1 ) x 15 c r l3 钢在笼0 115 0 e c 淬火基体硬度值变化较d , ( 4 4 - - 4 9 h r c ) 。随着淬火 温度升高，硬度逐渐增大，1 0 0 0 0 c 淬火时硬度达最大值( 4 9 h r c ) 。随着淬火温度 进一步升高硬度逐渐降低。 ( 2 ) 淬火潼度、淬火保瀣时闽、飘火湿度和豳火时间对x 1 5 c r l 3 钢麴基体硬度影 响较小，热处理藉的基体硬度值为3 5 。3 9 h r c 。回火初期，基体硬度有所降低，随 回火时间进一步延长，基体硬度降幅趋缓。 ( 3 ) 回火次数对x 1 5 c r l 3 钢酶基体硬度有躜显影螭。经1 0 0 0 - 1 1 0 0 0 c 涟淬、6 5 0 尊c 回火5 次，基体硬度由4 8 h r c 降到3 0 h r c ，硬度降幅达3 7 5 ，随着回火次数进 步增加，基体硬度降幅趋缓。该钢的最馕软化工艺为10 4 0 0 c 正火+ 1 0 4 0 0 c x5 h r s 淮淬+ 6 5 0 世c x5 h r s 回火5 次。 ( 4 ) x 1 5 c r l 3 钢高温回火后的基体组织为网火索氏体+ 少量残余奥氏体。经回火 1 次后基体中残余奥氏体含量由2 0 降至2 。随着回火次数的增加，残余奥氏体 量变纯投小，但基体内的带状组织褥捌明显改善，基体硬度糯缓缨不均匀熊逐渐 减小，经6 次回火后，蒸体硬度波动最大值从a h r c 2 6 降至h r c 0 6 。 ( 5 ) 在热循环过程中，x 1 5 c r l 3 钢表面发生了不均匀损伤。经5 0 0 次热循环蜃， 酋先在鹣爨尤其是三叉潞器处萌尘表翁裂纹。随骜热循环次数增翔，澄晶裂纹楣 互联接并逐渐宽化。熟循环l1 0 0 次磊，由表面沿翕裂纹围合的晶粒开始脱落，形 成了表面凹坑。 关键词：x 1 5 c r l 3 耐热钢：软化处理；带状组织；热疲劳；定位观察 i n v e s t i g a t i o no ns o f t e n i n gt e c h n o l o g yo f x15 c r l3h e a t r e s i s t a n t s t e e la n ds u r f a c ed a m a g ec h a r a c t e r i s t i c sb yt h e r m a lf a t i g u e a b s t r a c t i no r d e rt oo p t i m i z ef u r t h e rs o f t e n i n gt r e a t m e n tp r o c e s so fx i5 c rl3h e a t r e s i s t a n t s t e e l ，t h es i m u l a t i n gh e a tt r e a t m e n tt e s t sw e r ec o n d u c t e do nx 15 c rl3h e a t - r e s i s t a n t s t e e l 。a no p t i m u ms o f t e n i n gt r e a t m e n tt e c h n o l o g yw a sd e t e r m i n e d 。t h em i c r o s t r u c t u r e d e v e l o p m e n td u r i n gd i f f e r e n th e a t t r e a t m e n tp r o c e s s e sw a so b s e r v e db ys c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) a n do p t i c a lm i c r o s c o p e ( o p m ) 。d e p e n d e n c eo f h a r d n e s so n m i c r o s t m c t u r ew a sa n a l y s e d t h ea m o u n to fr e t a i n e da u s t e n i t eo ft h es p e c i m e n st r e a t e d b yd i f f e r e n tp r o c e s s e sw a sd e t e r m i n e db yx r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) m e t h o d 。i n _ s i t u o b s e r v a t i o no nm o r p h o l o g ye v o l u t i o n so fs u r f a c ed a m a g ef o rt h es p e c i m e n sd u r i n g t h e r m a lc y c l e sw e r ec o n d u c t e db ys e m 。 t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa r eo b t a i n e d ： ( 1 ) t h em a t r i xh a r d n e s sv a l u e so fx l5 c rl3s t e e lq u e n c h e da t9 2 0 - 115 0 0 ch a v es m a l l e r c h a n g e h r c4 4 4 9 ) + t h eh a r d n e s sv a l u e s o ft h es p e c i m e n si n c r e a s ew i t hr a i s i n g q u e n c h i n gt e m p e r a t u r e ，a n dt h em a x i m u mv a l u eo fh r c 4 9c a na t t m nw h e nb e i n g q u e n c h e d a t10 0 0 。c 。t h e nt h eh a r d n e s sv a l u e sd e c r e a s e w i t ht h ef u r t h e rr a i s i n g q u e n c h i n gt e m p e r a t u r e 2 q u e n c h i n gt e m p e r a t u r e , t e m p e r i n gt e m p e r a t u r e ，q u e n c h i n gh o l d i n g t i m ea n d t e m p e r i n gt i m eh a v ea l i t t l ei n f l u e n c eo nt h em a t r i xh a r d n e s so fx i5 c r l3s t e e l ，a n dt h e h a r d n e s sv a l u eo fh r c3 5 3 9c a nb eo b t a i n e dw h e nc h a n g i n gh e ：a tt r e a t m e n tp a r a m e t e r s m e n t i o n e da b o v e 。t h eh a 翻h e s sv a l u eo f t h e t e m p e r e de a r l y , a n dt h e nr e d u c t i o ne x t e n t i n c r e a s i n gt e m p e r i n gt i m e 。 s p e c i m e nw o u l dh a v ea l i t t l ed e c r e a s ew h e n o fh a r d n e s sv a l u et e n d st od e c r e a s ew i t h ( 3 ) t e m p e r i n gt i m e sh a v ea no b v i o u si n f l u e n c eo nt h em a t r i xh a r d n e s so fx l 5 c r l3s t e e l w h e no i l q u e n c h e da t1 0 0 0 一i1 0 0 。c ，t e m p e r e d5t i m e sa t6 5 0 。c ，h a r d n e s sv a l u e so f t h e s p e c i m e n sw o u l dd e c r e a s ef r o mh r c 4 8t oh r c 3 0 ，w h i c hm e a n st h a taf a l le x t e n to f 3 7 。5 i nh a r d n e s sc a nb e 曲t a i n e d 。r e d u c t i o ne x t e n to fh a r d n e s sv a l u et e n d st o d e c r e a s ew i t hi n c r e a s i n gc o n t i n u o u s l yt e m p e r i n gt i m e s s ot h eo p t i m u ms o f t e n i n g 蜒文摘要 t r e a t m e n to fx 15 c r l3s t e e li s ：n o r m a l i z a t i o na t10 4 0 0 c + o i l q u e n c h i n ga t10 4 0 。c + t e m p e r i n ga t6 5 0 0 cf o r5h r sb y5t i m e s 。 ( 4 ) t h em i c r o s t r u c t u r eo fx i5 c r13s t e e lt r e a t e db ys o f t e n i n g p r o c e s s e si sc o m p o s e do f t e m p e r e ds o r b i t ea n das m a l la m o u n to ft h er e t a i n e da u s t e n i t e t h ea m o u n to ft h e r e t a i n e da u s t e n i t eo ft h es p e c i m e n st e m p e r e da th i g ht e m p e r a t u r eb y1t i m ei sr e d u c e d s i g n if i c a n t l yf r o m2 0 t oa b o u t2 ，w i t hi n c r e a s i n gt e m p e r i n gt i m e s ，t h ea m o u n to f t h e r e t a i n e da u s t e n i t eo ft h es p e c i m e n sh a v es m a l l e rc h a n g e b u tb a n d e ds t r u c t u r eo ft h e m a t r i xi s i m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y , a n d t h eu n e v e n n e s so fm a t r i xh a r d n e s sa n d m i c r o s t r u c t u r eh a so b v i o u si m p r o v e m e n t ，t h em a x i m a lf l u c t u a t i o no ft h em a t r i x h a r d n e s sv a l u er e d u c e do fa h r c2 6t oa h r c0 6b y6t i m e st e m p e r i n g ( 5 ) i nt h ep r o c e s so ft h e r m a lc y c l i n g , u n e v e ns u r f a c ed a m a g eo c c u r r e do nt h ex 15 c r l3 s t e e l b y5 0 0t i m et h e r m a lc y c l i n g ，s u r f a c ec r a c k si n i t i a t ep r e f e r a b l ya tt h eg r a i n b o u n d a r y , p a r t i c u l a r l ya tt h et r i g e m i n a lg r a i nb o u n d a r y w i t hi n c r e a s i n gt i m e so f t h e r m a l c y c l i n g , t h ei n t e r g r a n u l a r c r a c k sb e c o m ei n t e r c o n n e c t e da n dg r a d u a l l y b r o a d e n e d 。b y 110 0t i m e st h e r m a l c y c l i n g ，t h eg r a i n ss u r r o u n d i n gb ys u r f a c e i n t e r g r a n u l a r c r a c k ss t a r t e dt op e e la n dt h e np i t sf o r m e do nt h es u r f a c e k e yw o r d s ：x 1 5 c r l 3 h e a t - r e s i s t a n t s t e e l ；s o f t e n i n gt e c h n o l o g y ；b a n d e d m i c r o s t r u c t u r e ；t h e r m a lf a t i g u e ；i n - s i t uo b s e r v a t i o n 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写 成硕士学位论文“丕! 鱼! 呈酣垫塑筮丝处堡王苎区基垫瘥董麦亘塑笾婴究”。除论 文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经 公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：禹歌呗刎年0 3 月暑日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 树雠媚再篡“一4 ”) 不保密酣( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名：禹参呶导师签名： 可 日期：沙订年d ；月j x 1 5 c r l 3 耐热钢软化处理1 芑= 及其热痰哆表面损伤研究 第1 章绪论 概述 卷取装置是热连轧机组的重要设备，扇形板是卷耿装置的关键核心部件。根据 卷取装鬻的服役工况，扇形板必须承受带钢对卷筒的抱紧力，同时还要承受劲卷 筒系统踏步动作产生的冲击载荷。带钢的卷曲温度为5 0 0 5 5 0 。c ，卷取速度不大于 1 5 m s 。为防止卷致后成品板材不至于产生塔卷及松卷，对于卷筒而言，预涨及终 涨状态下卷简的圆柱度全长范围内不大于o 0 5 m m ，也就是说扇形板在5 5 0 0 c 工作 温度下必须保持较高的强度、冲击韧性、稳定性( 不至于在高频交变载荷下产生 变形) 。嗣时考虑到卷筒的寿命和产品精度，还要求扇形板在高温下进行喷水冷却 时具有较好的防锈性麓，因此，选取扇形板材料及热处理工艺尤为关键。国内大 中型钢铁企业的热连轧生产线一般均为进朗，而关键装置卷筒的耗损极高，平均 3 。6 个月需更换一套，露前扇形板配件多数依赖进口。 众所周知，扇形板材料属于耐热钢，然而，国外厂家扇形板的成分设计及热处 理工艺属于专利保密技术，在相关文献中几乎查不到有价值的技术资料。扇形板 的生产在国内应该是一个很大的市场，因此_ 丌发研制有自己知识产权的扇形板材 料及相应的热处理工艺势在必行。 我市装备制造领域的大型企业与某钢铁公司签订了热轧机供货总承包项圈， 以此为契机，该公司开始涉及扇形板的研究，决定研发有自融知识产权的扇形板 材料，在材料成分的设计、热处理工艺的研究等方面_ 丌始进行探索性研究，并取 得阶段性成果，其产品在钢厂进行试运行，并有初步反馈意见。 然而，在运行的过程中也发现了些必须要解决的实际问题及理论问题，如实 际服役过程中扇形板的热疲劳、热磨损等问题。 1 。 。 国内外水平及发展趋势 热连轧机是冶金领域所需的大型成套设备，技术含量高，对装备制造要求高。 鑫前国内大型钢铁企业使用的热逐轧枕基本是国外公司掌撰的核心技术并总承 包，关键设备山外方提供。其中鞍钢和本俐1 7 0 0 轧机，攀例1 4 5 0 轧机是国内制 蘩1 帮绪论 造的，健一些关键设备、部件( 如豢取机、扇形板等) 需从翻外孳l 进，完全囊圈 内技术总负责、自主设计制造、具有自主知识产权的轧机设备几乎没有。隐前国 内麓制造的扇形板也不过关，其平均使焉寿念仪为2 3 个曩。 国内主要热连轧机设备技术情况见下表： 表l 。l 圈禽主要热连筑税设螯技拳一整表 t a b 1 1t h el i s to f d o m e s t i ch o tc o n t i n u o u sr o l l i n gm i l le q u i p m e n t 国外扇形板材料设计及其热处理工艺一般均擒专利保密顼掰，铡垒疆，德函莲 马克公司研制扁形板材料x 2 2 c r m o v l 2l ，仅仅邋过其黪号知道其裁分范围，健决 xi5 c r i3 耐热钢软化处理i ? 岂及热玻。lj l - 表面损伤础f 究 定其服役性能的生产工艺、热处理工艺很难得到有价值的信息。国内开发的扇形 板材料般也只是在所知的有限困外产品中进行一定的改随，其使用寿命远低于 蠢本、德重等蚕外部件东平。 ， 1 1 ，2 项目产品市场调查 热连轧机组是大型钢铁企业生产、轧制簿钢板的重要设备。卷取机是将轧制 完的薄扳卷隶l 成圆筒，以便懿包运输，卷敢祝工作黠薄板赢攘缠卷子扁形板表露。 扇形板是卷耿装置的关键核心部件。扇形板的服役工况十分恶劣，要求它在5 5 0 0 c 工作溢度下必须保持较高豹强度、冲击韧性、抗热疲劳性能和高温磨损性能，因 此，扇形扳材料必须是醚热钢。强舞康形板材料设计及箕热处理工艺均属专利保 密项圈，我们仅能通过其牌号知道其成分范围，但很难得到决定其服役性能的生 产工艺翻热处理工艺等有价值信息。目前毽内仪有衡阳一家能生产卷筒釉扇形板， 健平均使用寿命议为2 个胃，远低予只本、德国等国芥部件求平。 因前，国内各种大型钢厂一般都有板材热连轧设备，热遴轧设备都配有卷墩机。 扇形扳是热连轧设备中耗损率极高的部件，困外材料扇形掇平均每3 - 6 个月就需要 更换一套，每套扁形板4 件，重2 。4 吨，卷取装置其余部分材质为5 0 c r m o 和2 c r l 3 ， 真碱技术核心为扇形板，它决定了卷简的寿命及价值。每套扇形板价格约为1 5 0 万元。国内已有近1 0 0 台大小热连轧设备机组，保守估计每年扇形板的配件市场 至少有3 亿元需求。因此，扇彩板配件市场前景广阔。 1 1 3 项目研究的必要性 基前凿家发展改革委曼会正在积极推进大型热连轧视成套设备霎产纯顼爨，使英 形成具有竞争力的慈承包和设计制造联合体，形成一批具有自主知谈产权的核心 技术，参与国际市场竞争。 2 0 0 3 年我市大企监与菜钢铁有限公司签订了3 。醯亿元的热连乾瓿总承包项 西。僚该公司和国内制造的热逶巍机组的关键核心部锌一扇形板多数霞外采购，这 不仅增加了成套设备的制造总成本，更主要魁国产扇形板的寿命短( 2 3 个月) 、停 产更换配件壹攘影响了企竖生产效率。因此，翻肉一些大型钢铁企鼗定婚冒产麴 大型热连轧机成套设备心有余悸。鹾前雕内还没有企业或研究单位真讵掌握其翎 第1 帮绪论 造工艺技术，以蛰代国外进鹜产晶。研制出赢性麓扇形板不仅哥作为我市企渣嘉 附加值产是的薪经济增长点，还可带动制造大型热连轧机成套设备的市场份额和 制造水平。因此，将扇形板这一产品做强做大，一定熊获得显著的经济效益和社 会效益。 1 2 钢的热处理工艺 作为卷取机核心部件的卷筒有着工艺精度高，加工难度大，特别是扇形板材 质的特殊性，给生产制造带来了很多技术难题。锻件毛坯硬度高、加工难，常规 的软化邋火热处理解决不了。锻件常规软化退火精硬度略有下降，可塑性为零、 耪犍差又失去使嗣功麓，解决赢形板热处理技术难题势在登行。 叁予扇形投材料属离铬型瓣热钢，锻件毛坯硬度高达h b 3 8 0 - - 4 2 0 ，枕加工豳 难，常规的软化退火处理后虽然硬度略有下降，假韧性差、塑性几乎为零，失去 使用功能。在前期研究工作基础上，我们提出了扇形板材料的多段软化退火工艺。 与常规的软化退火处理工艺相比，多段软化退火处理可鼹著降低扇形板材料硬度， 明显改善视加工性能，同时箕韧性、塑性大大提高，高温强度也有所提高。实件 赢形板装祝现场考核裙步结果显示，采用多毅软化处理工艺处理制造的扇形板其 霞用寿命超过4 个嚣，院霆肉其它厂家制造鹩扇形板鹣使用寿命提高了一髂，接 近国铃水平，褥到围爽用户的认可。本颚研究是在前期工作基础上，进一步优纯 热处理工艺，围绕扇形叛服役过程中出现的高温磨损和热疲劳产生的龟裂等失效 现裂，着重研究扇形板材料的热疲劳表面损伤其影响因素，为进步提高扇形板 的使用寿命提供理论和试验依据。 1 2 1 耐热钢的研究 在高温条件下工作的钢明耐热钢，耐热钢的发展是高温下工作的动力机械的 需要，如火电厂韵蒸汽锅炉蒸汽涡轮、航空工监的喷气发动祝，以及航天、舰船、 石油秘华工等工监部门豹高温工作部箨。它稍在高温下承受各种载蘅、懿越 枣、 弯曲、掇转、疲劳耪 孛击等。此外，他们还与高温、蒸汽、空气或燃气接触，表 面发生高温氧化或气体腐蚀。在高温下王作，钢将发生原子扩散过程，并弓l 起维 钐：转变，这就是与低温工作部件的不同，氯。耐热俐的基本要求是：一是要具有良 4 x 1 5 c r l 3 耐：j - j k ，m 。- 化处理l ：芭及其热疲，表面损伤研究 好的离温强度及与之相适应的塑性；二是要具有足够的化学稳定性西叱- x 1 5 c r l 3 耐热钢软化处理i ：艺及其热疲? 表玎损伤研究 套 鬲 c 旦 兰 x 叱 1 8 1 6 1 4 0 0 圣 罂1 2 0 0 旦 c + 王1 0 0 0 俏 叱 ) ：8 0 0 0 “i i i ) 一 u 懒制一脚人州蝴z 八咒 5 06 07 08 09 01 0 01 1 0 2 0 ，d e g 图3 51 0 0 0 0 c 淬火试样的x 射线衍射图 f i g 3 5x r dp a t t e r no f s p e c i m e nq u e n c h e da t1 0 0 0 。c m i _ ，l l ： _ _ i ，u 天州兄一咒一一墨 5 06 07 08 09 01 0 01 1 0 2 0 d e g 图3 61 0 4 0 0 c 淬火试样的x 射线衍射图 f i g 3 5x r dp a t t e r no fs p e c i m e nq u e n c h e da t10 4 0 0 c 2 o 8 6 4 a a 8 6 4 力 第3 章x 1 5 c r l 3 锏软化处理编织转变及软化机理 釜 。磊 c e x 芷 2 0 ，d e g 图3 71 1 0 0 。c 淬火试样的x 射线衍射图 f i g 3 7x r dp a t t e r no fs p e c i m e nq u e n c h e da t110 0 * c 2 0 ，d e g 圈3 81 1 5 0 。e 淬火试样的x 射线衍射翻 f i g 3 8x r dp a t t e r no f s p e c i m e nq u e n c h e da t11 5 0 。c 誊c霪uim艇。 x i5 c r l3 嚣事热铡软他处瑾1 ：艺及l 二热疲哆袭瑟臻伤研究 3 1 。2 淬火温度及回火温度对硬度稠组织的影响 将试样在1 0 4 0 0 c 进行诈火处理，然后分别在9 2 0 0 c 、9 6 0 0 c 、1 0 0 0 0 c 、1 0 4 0 0 c 、 1 1 0 0 0 c 、1 1 5 0 0 c 下保温5 小时后油淬，褥分别在6 1 0 0 c 、6 3 0 。c 、6 5 0 0 c 、6 7 0 0 c 下回火5 小时1 次。试样基体硬度测定结果见表3 4 及图3 9 。从3 4 及图3 9 中可 见，在选取的淬火温度和西火溢度范围内，回火矮的硬度随淬火温度和回火温度 升高变化较小。 袭3 4 不同淬火温度及同火温度样品便度测定结果( h r c ) t a b 3 8h a r d n e s sv a l u e s h r c ) o ft h es p e c i m e n sq u e n c h e da n dt e m p e r e da td i f f e r e n t e 燃p e 掇恕懋s 6 1 0 6 3 0 6 5 0 6 7 0 3 5 5 3 5 o 3 6 4 3 7 5 3 4 0 3 4 7 3 6 1 3 7 ，0 3 4 3 3 6 o 3 6 7 3 7 2 3 5 5 3 5 。3 3 7 3 3 7 o 3 5 5 3 7 。0 3 8 2 3 6 2 3 6 o 3 7 。2 3 8 9 3 9 。2 4 4 4 2 ，、4 0 u 鬣 占 3 8 巡 馨 3 6 3 4 3 2 3 0 9 2 09 6 01 0 0 01 0 4 01 1 0 01 1 5 0 淬火温度4c 翻3 9 不同淬火滠度及同火瀛度对 羊晶硬度的影响 f i g 3 9i a r d n e s so ft h es a m p l e sq u e n c h e da n dt e m p e r e da td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s 2 3 第3 章x 1 5 c r l 3 钢软化处理组织转变及软化机理 选取热处理条件为9 2 0 0 c 、9 6 0 0 c 、1 0 0 0 0 c 、1 0 4 0 0 c 、l1 0 0 0 c 、1 1 5 0 0 c 保温5 小时油淬，在6 5 0 0 c 回火5 小时的样品进行微观组织观察，结果如图3 1 0 所示从 以上的图中可以看出，在9 2 0 0 c 、9 6 0 0 c 、1 0 0 0 0 c 淬火后的回火组织为：回火索氏 体+ 残余奥氏体+ 未溶合金碳化物。回火后的组织比较细小，原奥氏体晶界不明显。 随着淬火温度的升高，合金碳化物溶入奥氏体中的量增多。在1 0 4 0 0 c ，l 1 0 0 0 c ， 1 1 5 0 。c 淬火后的回火组织为：回火索氏体+ 残余奥氏体，原奥氏体晶界明显，随淬 火温度升高，晶粒逐渐长大，马氏体板条随温度的升高变的细长。合金碳化物明 显减少，溶入基体中的合金元素就会增多，固溶强化作用增强，基体硬度增加； 而晶粒的长大会使基体硬度降低，这些因素的综合作用使基体硬度变化较小。 x 1 5 c r l 3 耐热钢软化处理i ：艺及其热疲力表面损移j 研究 图3 1 0 小同淬火温度样r 镐的微脱组织 f i g 3 1 0m i c r o s t r u c t u r eo f t h es p e c i m e n sq u e n c h e da td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s 图3 1 l 是不同回火温度后样品的微观组织。热处理条件为：1 0 4 0 。c 保温5 小 时后油淬：6 1 0 。c 、6 3 0 。c 、6 5 0 。c 、6 7 0 。c 回火5 小时1 次。回火组织为：回火 索氏体+ 残余奥氏体，从图中可以看出，在选定的回火温度范围内，随回火温度的 升高，组织形貌变化很小，所以基体硬度变化很小。 第3 章x 1 5 c r l 3 钢软化处理绵织转变及软化饥理 6 7 ( ) 7 ( 露蕊 鳓 图3 1 l 不同回火温度样品的微观组织 f i g 3 11m i c r o s t n i c t u r eo f s p e c i m e n st e m p e r e da td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s 3 1 3 淬火保温时间对组织和硬度的影响 3 1 3 1 硬度及组织的分析 将试样在1 0 4 0 。c 正火后淬火，淬火温度为1 0 0 0 。c 、1 0 4 0 。c 、1 1 0 0 。c ，保温 时间为1 8 小时，试样油淬后再进行6 5 0 。c 回火5 小时1 次。试样基体硬度值测 定结果见表3 5 及图3 1 2 。从表3 5 及图3 1 2 可见，试样经不同淬火保温时问，基 体硬度没有明显变化。 表3 5 不同淬火温度及保温时间样品硬度测定结果( h r c ) t a b 3 4h a r d n e s sv a l u e s ( h r c ) o ft h es p e c i m e n sq u e n c h i n g t e m p e r e da td i f f e r e n tq u e n c h i n g t e m p e r a t u r ea n dh e a t i n gt i m e 1 0 0 0 1 0 4 0 1 1 0 0 3 5 9 3 7 o 3 7 8 3 7 6 3 6 8 3 8 2 3 5 4 3 7 8 3 6 4 3 6 2 3 7 1 3 7 5 x 1 5 c r l 3 耐热钢软化处理l ：艺及! 热拔- ，农面损伤研究 4 4 4 2 4 0 u 董3 8 釜3 6 3 4 3 2 3 0 2 48 淬火时问( h r s ) 图3 1 2 淬火保温时间对样品硬度的影响 f i g 3 9h a r d n e s sv a l u e s ( h r c ) o ft h es p e c i m e n sq u e n c h e da td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e 淬火温度为1 0 4 0 0 c ，保温l 一8 小时，6 5 0 0 c 回火5 小时1 次后的组织如图3 1 3 所示。钢淬火回火后，决定其硬度变化的主要是马氏体基体本身变化，残余奥氏 体的分解和碳化物的析出、长大。从图中可见，回火后的组织为：回火索氏体+ 残 余奥氏体，随着淬火保温时间的延长，晶粒逐渐长大，但回火后仍保持马氏体位 相，晶粒的长大会降低基体的硬度。随着时间的延长，碳及合金元素溶入奥氏体 中的量增加，淬火后板条马氏体中的碳及合金元素的量增多，回火后基体中的碳 及合金元素也增多，会使硬度增大。这些综合因素致使回火后的硬度变化不大【3 9 l 。 第3 章x 1 5 c r l 3 钢软化处理组织转变及软化机理 矗。 图3 1 3 不同淬火保温时间的微观组织变化( i 0 4 0 0 c 淬火+ 6 5 0 。c 回火) f i g 3 13m i c r o s t r u c t u r ed e v e l o p m e n to f t h e卿t t l e n sh e a t e df o rd i f f e r e n tt i m e s x 1 5 c r l 3 黼热钢软化处理i ：艺及其热疲? 表面损伤研究 3 1 3 2 残余奥氏体含量测定 淬火试样中的残余奥氏体在随后的回火过程中会转变成圈火马氏体，但转变 是不充分的，回火后一定量的残余奥氏体对试样的硬度有一定的影响。图3 1 4 图 3 1 7 为淬火温度为1 0 4 0 。c ，保温不同时间，6 5 0 0 c 回火样品的x 射线衍射图，其 残余奥氏体含量测定结果见表3 6 ( 计算方法同上) 。从表中可见，在选定的淬火 保温时闻范围内，残余奥氏体含量都在2 左右。 表3 61 0 4 0 0 c 淬火，保温不同时闻，6 5 0 。c 网火厉样黼的残余奥氏体含量( v o l ，) t a b 3 6t h ea m o u n to f r e t a i n e da u s t e n i t eq u e n c h e da t1 0 4 0 。cf o rd i f f e r e n tt i m e ( v 0 1 ) 赫i m 2 l i - 。7 一人a 婴 一几掣： 5 0 6 0 7 08 09 01 0 0 1 1 0 2 0 ，d e g 图3 1 4 保温l 小时试样的x 射线衍射图 f i g 。3 1 4x r dp a t t e r no f s p e c i m e nh e a t e df o rlh r s 戮 黼 粼 僦 套一cocx叱。 第3 章x 1 5 c r l 3 钢软化处理组织转变及软化机理 、 璐 岙2 0 0 0 t - x 星1 5 0 0 1 0 0 0 o m ii 搦 m ( 2 1 1 ) 。则脚。卿一一a 一m2秒一儿邢哮 5 06 07 09 01 0 01 1 0 2 e ，d e g 图3 1 5 保温2 小时淬火试样的x 射线衍射图 f i g 3 。1 5x r dp a t t e r no f s p e c i m e nh e a t e df o r2h r s o 斟f -l 岫 m ( 2 1 1 ) 一粤公。人。一! ? 儿删i 5 e6 07 08 09 0t 0 01 1 0 2 0 。d e g 图3 。1 6 保温4 小时淬火试样的x 射线衍射图 f i g 3 16x r dp a t t e r no fs p e c i m e nh e a t e df o r4h r s 3 0 揪 撇 觥 伽 空i s c o _ u i x世 x 1 5 c r l 3 耐热钢软化处理l ：艺及箕热疲j 表面损伤研究 赫j - l 掣r 人 ?啦2n一八掣 5 06 07 08 09 01 0 0 o 2 0 ，d e g 图3 。1 7 保温8 小时淬火试样的x 射线叛射圈 f i g 3 17x r dp a t t e r no fs p e c i m e nh e a t e df o r8h r s 3 1 4 回火时间对硬度和组织的影响 3 。4 1 硬度及组织的分析 将试样在1 0 4 0 0 c 进行正火处理，然后在1 0 0 0 0 c 、1 0 4 0 0 c 、1 1 0 0 0 c 保温5 小 时后油淬，6 5 0 c 回火l 。l 小时1 次，测量基体硬度值，结果见表3 7 及图3 1 8 。 从表3 7 及图3 1 8 可见，回火时间对回火硬度的影响不大。在回火初期，随着时 阗增长，基体硬度略有下降，回火5 小时基体硬度降到最小3 6 h r c ，随着回火时 间进一步延长，硬度值在3 7 h r c 上下波动。 萋堇 蝴 渤 蝴 黼 粼 僦 懒 is譬ul芷_ 第3 章x i5 c r i3 钢软化处理统织转变及软化机琏 表3 。7 不同网火对阅样品嫒度测定结象( h r c t a b 3 7h a r d n e s sv a l u e so ft h es p e c i m e n st e m p e r e df o rd i f f e r e n tt i m e s ( h r c ) 1 0 0 0 l 氍o l l o o 3 7 63 8 43 6 73 6 03 5 83 6 0 3 6 13 6 o3 6 23 5 9 3 8 。43 8 03 7 63 6 ，93 6 8 3 6 ，43 6 。63 7 03 7 。03 7 1 3 9 。03 8 43 7 53 8 03 7 。0 3 7 + i 3 8 。0 3 6 5 ；3 7 。63 7 。2 4 4 2 6 4 0 篮 暑3 8 蓥3 6 3 4 3 2 3 0 l234567891 0 回火时间( h r s ) 图3 1 8 不同回火时间后的硬度 f i g 3 18h a r d n e s so ft h es p e c i m e n st e m p e r e df o rd i f f e r e n tt i m e s 1 0 4 0 0 c 淬火，6 5 0 0 c 回火1 1 0 小时1 次后的组织如图3 1 9 所示。回火后的组 织为：回火索氏体+ 残余奥氏体，组织保持着原马氏体板条的特征。回火过程主要 是马氏体基体本身的变化，残余奥氏体的分解和碳化物的析出、长大与球化f 4 翻。 x 1 5 c r l 3 钢中含有大量的合金元素，对马氏体的分解有显著的影响。在马氏体分 解阶段要发生马氏体中过饱和碳的脱溶和碳化物微粒的斩出与聚集，同时& ，楣中碳 含量下降。合金元素的作用在于通过影响碳的扩教丽影响马氏体分解过程及碳化 物微粒的聚集速度，从而影响了相中碳浓度的下降。x 1 5 c r l 3 中的强碳化物形成 元素( c r 、m o 、v ) 与c 的结合力强，增大c 原予在马氏体中的扩散激活能，阻 碍c 原子在马氏体中的扩散，从而减慢马氏体的分解遮度。合金元素的这种阻碍 3 2 x 1 5 c r l 3 耐热钢软化处理l ：艺及其热疲哆7 表面损伤研究 相中碳含量的降低和碳化物颗粒长大而使材料保持高的硬度、高强度的性质称为 钢抗回火性。由于x 1 5 c r l 3 钢抗回火性较强，因此在回火保温初期硬度值略有下 降，但保温时间的延长对回火硬度基本没有影响。 第3 章x 1 5 c r l 3 钢软化处理组织转变及软化机理 图3 1 9 不同回火时间样品的微观组织 f i g 3 1 9m i c r o s t r u c t u r eo f t h es p e c i m e n st e m p e r e df o rd i f f e r e n tt i m e s j 4 x 1 5 c r l 3 耐热钢软化处理l ：艺及其热疲袭 面损伤 j f 究 3 1 。4 2 残余奥氏体含量测定 图3 + 2 0 一图3 2 3 为1 0 4 0 0 c 淬火后，在6 5 0 。c 回火，保温不同时洲的x 衍射 图，不同回火时间样品中残余奥氏体含量测定结果见表3 8 。从表中可见，残余奥 氏体含量随回火时问的增加变化不大，残余奥氏体含量都在2 左右。 表3 。8 不闷固火时间样i ； l 残余奥氏体禽蜮( v o i 。) t a b 3 st h ea m o u n to fr e t a i n e da u s t e n i t et e m p e r e df o rd i f f e r e n tt i m e s ( v 0 1 醚 m ( 2 l l 一 。哩。一a h 1 9 j l 。誓尘 5 07d8 09 01 0 0 ”0 2 0 ，d o g 圈3 。2 0 图火1 小时试样鹃x 射线褥冀童图 f i g 3 2 0x r dp a t t e r no fs p e c i m e nt e m p e r e df o rlh r s 粼 撇 | 墓 鳓 伽 毳薹 o 一瓣c心_c一叮芷建 第3 章x 1 5 c r l 3 钔软化处理组织转变及软化机理 x = 们 c o c x 羁 芷 2 0 ，d e g 图3 2 l 同火3 小时试样的x 射线衍射图 f i g 3 。2 1x r dp a t t e r no f s p e c i m e nt e m p e r e df o r3h r s 0 m - _ _ ，一?