淬火对60Si2Mn组织及力学性能的影响_图文

1、2010年11月材料热处理技术Material&Heat Treatment随着工模具市场的蓬勃发展,世界各国研发了多种多样的工模具新材料和新技术,而复合工模具材料以其优越的综合性能和低廉的价格,备受广大研究者及生产企业关注。复合冷作模具钢是将耐磨的冷作模具钢(如高Cr钢、高速钢等轧成薄板,然后与耐冲击的钢焊接成复合冷作模具钢,从而延长模具的使用寿命,并降低成本。因此,对复合冷作模具钢的基材有以下几点要求:首先,基材要有足够的淬透性;另外,基材的热处理工艺能与刃口处冷作模具钢(如高Cr钢、高速钢等的热处理工艺相配合,并且基材在热处理后要有足够的硬度,以免在模具冲击过程中发生堆塌现象;当

2、然,为了降低模具成本,基材应选择价格便宜的钢材。中碳结构钢60Si2Mn由于具有较高的强度和良好的塑韧性,早在20世纪80年代就被用于代替Cr12、Cr12MoV等模具钢,制造中小型冷冲(镦模具,并已得到工业应用。因此,60Si2Mn作为复合模具钢的基材是不错的选择,60Si2Mn属于中碳结构钢,其传统的热处理工艺为完全淬火+高温回火,淬火后组织为板条马氏体与片状马氏体的混合。而复合冷作模具钢刃口处所要选用的高Cr钢或高速钢的淬火温度都要高于1000,因此为了使基材的热处理工艺能与刃口处冷作模具钢的热处理工艺相配合,有必要进一步具体研究60Si2Mn的高温淬火。而中碳钢经高温淬火后,会在光学金

3、相组织中出现相互平行、成束的板条马氏体1-5,由此可以认为高温淬火可以促进中碳钢获得板条马氏体6-9。板条马氏体的获得可以有效改善60Si2Mn钢的强韧性。本文设计了几种简单的高温淬火热处理工艺,淬火对60Si2Mn组织及力学性能的影响潘金芝,任瑞铭,郭立波,戚正风(大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连116028摘要:采用拉伸试验、冲击试验、硬度试验和显微组织分析等方法研究了淬火温度对复合模具钢基材60Si2Mn 组织及力学性能的影响。结果表明:150低温回火时,随淬火温度的升高,各项力学性能都有所提高,当与高碳高铬钢复合时,可采用低淬+低回的热处理工艺,即1050淬火+150回火;55

4、0高温回火时,随淬火温度的升高,虽然韧性略有下降,但硬度与抗拉强度逐渐升高,当与高速钢等复合时,可采用高淬+高回的热处理工艺,即1150淬火+ 550回火。关键词:复合模具钢;60Si2Mn;高温淬火中图分类号:TG156.3文献标识码:A文章编号:1001-3814(201022-0146-03Effect of Quenching on Microstructure and MechanicalProperties of60Si2Mn SteelPAN Jinzhi,REN Ruiming,GUO Libo,QI Zhengfeng(School of Material Science a

5、nd Engineering,Dalian Jiaotong University,Dalian116028,China Abstract:The effects of quenching temperature on microstructure and mechanical properties of composite tool steel substrate60Si2Mn were studied by tensile test,impact test,hardness test and microstructure analysis.The results show that the

6、 mechanical properties of60Si2Mn steel are improved with the increase of the quenching temperature after tempering at 150,the process of low-temperature quenching and tempering(quenching at1050and tempering at150can be used when it combines with high-carbon high-chromium steel.Although the toughness

7、 of60Si2Mn decreases slightly,the hardness and tensile strength gradually increases with the increase of quenching temperature after tempering at550,the process of high-temperature quenching and tempering(quenching at1150and tempering at550can be used when it combines with high-speed steel.Key words

8、:composite tool steel;60Si2Mn;high-temperature quenching收稿日期:2010-05-10基金项目:大连市计划基金资助项目(2006A10GX053作者简介:潘金芝(1980-,女,黑龙江望奎人,博士,主要从事复合工模具材料的研究;电话:138*;E-mail:jinzhip146Hot Working Technology2010,Vol.39,No.22材料热处理技术Material&Heat Treatment下半月出版研究高温淬火对60Si2Mn钢组织和性能的影响。1实验材料及方法实验所用60Si2Mn钢的化学成分(质量分数,

9、%为:0.57C,0.14Cr,1.64Si,0.73Mn,0.03Ni,0.16Cu,0.026P, 0.01S,余为Fe。淬火为盐浴加热油冷,加热温度分别为870、1000、1050、1100和1150,回火温度分别为150和550。用准8mm×50mm的标准试样在WE-300型液压万能材料试验机上测定室温拉伸性能;用标准的U型缺口试样在JB-300B300/150型摆锤式冲击试验机上测定常温冲击韧度值;用HR-150A型洛氏硬度计检测硬度;用Olympus(BX51M金相显微镜观察金相组织。2实验结果与分析2.1不同淬火温度下的金相组织图1是60Si2Mn钢不同温度淬火后的金相

10、组织。可见,870淬火后的金相组织大部分为片状马氏体,局部区域为板条马氏体,见图1(a;随淬火温度的升高,片状马氏体越来越少,板条马氏体则越来越多。但随淬火温度的升高,奥氏体晶粒也明显长大,所形成的板条马氏体板束的尺寸也逐渐长大,同时,残余奥氏体量也随淬火温度升高而增多,870淬火时,残余奥氏体呈块状,分布在板条马氏体之间,当温度达到1000时,已明显地形成条状残余奥氏体并沿着板条马氏体分布。另外,由于奥氏体合金化程度也随淬火温度的升高而有所提高,它对性能的改善也会起到一定的作用。完全淬火时,因奥氏体化温度低,化学成分不均匀,会使相邻马氏体单元的取向关系复杂化、马氏体单元的片状外形不完整和不规

11、则,但按孪晶机制形核和长大是中碳钢马氏体相变的自然需要,因为它能提供最小的形核功和核长大功。而高温淬火使化学成分均匀、晶体缺陷减少,促进奥氏体出现较规则的晶格区域稍大时,形成的板条马氏体就会清晰地显露出来。图2是不同温度淬火、150回火后60Si2Mn 钢的亚结构。可见,870淬火,60Si2Mn钢的亚结构为位错与孪晶混合,而升高淬火温度后孪晶消失,亚结构全部为位错,这与金相组织的分析结果相符。2.2不同淬火温度下的力学性能图3是不同淬、回火温度下60Si2Mn钢的力学性能。可见,适当升高淬火温度有利于提高60Si2Mn钢的强韧性。虽然淬火温度升高带来晶粒长大的不利因素,但由于较高温度淬火后残

12、余奥氏体量增多,淬火组织中板条马氏体相对含量增大,产生强韧化效果。150低温回火时,随淬火温度的升高,各项力500nm200nm图2淬火温度对60Si2Mn钢亚结构的影响(150回火 Fig.2Effect of quenching temperature on sub-structure of60Si2Mn steel(tempered at150 (b1150(a870147热加工工艺2010年第39卷第22期Hot Working Technology 2010,Vol.39,No.222010年11月材料热处理技术Material &Heat Treatment(上接第145页

13、参考文献:1陆延昌.大力发展超临界压力机组优化火电结构J.中国电力,2000,33(1:1-5.2Maruyama Kouichi ,SawadaKota ,Koike Jun-ichi .Strengthening mechanismsofcreepresistanttemperedmartensitic steel J.ISIJ Int ,2001,41(6:641-653.3于君燕,殷凤仕,周丽,等.Fe-0.06C-12Cr-1.9W-0.5Mo-3.0Co-VNbN 耐热钢的显微组织分析J.山东理工大学学报(自然科学版,2008,22(5:22-25.4于君燕,殷凤仕,姜学波,等.长

14、期时效对高铬耐热钢显微组织和力学性能的影响J.热加工工艺,2008,37(18:11-13.150回火学性能都有所提高。当其与高碳高铬钢复合时,可采用低淬+低回的热处理工艺,即1050淬火+150回火,此时所获得的各项力学性能都高于采用传统热处理工艺所获得的力学性能,其硬度甚至不低于常用的冷作模具钢Cr12MoV 的硬度。550高温回火时,随淬火温度的升高,硬度与抗拉强度逐渐升高,韧性有所下降,当其与高速钢等复合时,可采用高淬+高回的热处理工艺,即1150淬火+550回火,此热处理工艺可以保证高速钢具有满足复合模具钢使用要求的各项力学性能,60Si2Mn 钢韧性虽然比采用传统热处理工艺时降低了

15、,但也可以满足复合模具钢的使用要求。3结论(1150低温回火时,60Si2Mn 钢随淬火温度的升高,各项力学性能都有所提高,当其与高碳高铬钢复合时,可采用低淬+低回(1050淬火+150回火的热处理工艺。(2550高温回火时,60Si2Mn 钢随淬火温度的升高,虽然韧性略有下降,但硬度与抗拉强度逐渐升高,当其与高速钢等复合时,可采用高淬+高回(1150淬火+550回火的热处理工艺。参考文献:1Krauss G .Martensite in steel :strength and structureJ.Mater.Sci.Eng.,1999,A273-275:40.2Krauss G ,Mard

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17、ofstructureandcrystallographyofplasticdeformation of lath martensite in structural steels J.Mater.Sci.Eng.,1999,A273-275:439.7Shtansdy D V ,Nakai K ,Ohmor Y .Crystallography and structural evolution during reverse transformation in anFe-17Cr-0.5C tempered martensite J.Acta.Mater ,2000,48(8:1679.8Ohm

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