碳含量及热处置工艺对一种铸钢力学性能的阻碍

1、碳含量及热处置工艺对一种铸钢力学性能的阻碍贾崇林李振瑞韩峰牛永吉（北京北冶功能材料，北京100192）摘要：研究了碳含量及热处置工艺对ZG20Cr3Mo铸钢的力学性能和组织的阻碍。结果说明：随碳含量增高，析出的碳化物数量增多，碳化物颗粒钉扎铁素体相晶界和位错作用增强，致使该铸钢的强度、硬度增高而钢的延伸率降低，冲击功呈降低趋势。在650c700c回火处置时，取得的组织为回火索氏体+碳化物，且随回火温度的升高，钢的强度降低，塑性得以改善。随回火时刻延长，碳化物聚集长大，钢的强度、硬度降低，而延伸率增高。关键词：碳含量、热处置工艺、ZG20Cr3Mo铸钢、力学性能TheEffectOfCConte

2、ntandHeatmentTechnologyonMechanicalPropertiesOfACastSteelJIAChonglin,LIZhenrui,NIUYongji(BeijingBeiyeFunctionalMaterialCorporation,Beijing100192)ABSTRACTThispaperintroducestheeffectofCcontentandheattreatmenttechnologyonmechanicalpropertiesandmicrostructureofcaststeelZG20Cr3Mo.TestresutsshowthatwithC

3、contentincreasing,morecarbideswillprecipitateandcarbideparticlesthatpindownatferriticgrainboundaryanddislocationwillmakestrengthandhardnessofthecaststeelincreasewhileelongationandimpacttoughnesstemperedbetween650C700c,microstructureofcaststeelistemperedsorbiteandcarbide.Withthetemperingtemperaturein

4、creasing,strengthofthecaststeelisdeclinedandplasticitycanbeimproved.Whentemperingtimeextend,carbideparticleswillgatherandgrow,sothestrengthandhardnessofthecaststeelarereducedandtheelongationisraised.KEYWORDSCcontent，heattreatmenttechnology，ZG20Cr3Mocaststeel，mechanicalpropertiesZG20Cr3Mo是一种不含Ni的新型低合

5、金铸造结构钢，具有良好的塑性、韧性及工艺性能，可用于制造航空发动机附属件及飞机的受力构件。由于ZG20Cr3Mo钢碳含量范围较宽（w%）,另外,该铸钢没有标准的热处置工艺可依循，在对该材料国产化试制进程中，发觉其力学性能对钢的碳含量及热处置工艺十分灵敏。为使该钢的力学性能达到技术要求，确信该钢合理的碳含量操纵范围及不同碳含量下的热处置制度显得额外重要。本文研究了碳含量及热处置工艺对该铸钢组织和性能的阻碍，为ZG20Cr3Mo钢的成份操纵及确信最正确热处置工艺提供依据。一、材料和实验方式实验用料是在800Kg中频感应炉上冶炼的。要紧成份为：C,Si,Mn,Cr,Mo,Cu,Fe余。为研究不同碳含

6、量和不同热处置工艺对钢的组织和性能的阻碍，在上述成份基础上用10Kg高频感应炉浇注3炉梅花试样。炉号别离为：1#、2#、3#。这三炉试样的碳含量别离为（wt-%）:%、%。研究碳含量对钢的组织和性能的阻碍所用试样的热处置制度为：900c/80min,炉冷至500c出炉+900c/80min,油淬+600C/100min,空冷。对3#钢的部份试样采纳不同的回火制度，研究了回火温度（650700C）和回火时刻等参数对该铸钢的组织和性能的阻碍，所用的热处置工艺见表1。利用扫描电镜对不同碳含量、不同热处置试样的显微组织及拉伸断口形貌进行了观看和分析。表13#实验用钢的热处置工艺退火工艺淬火工艺回火温度

7、回火时间试验方案1900c/60min900C/60min+油淬650c60min680c700c试验方案2900C/60min900C/60min+油淬680c60min80min二、实验结果与分析碳含量对钢的力学性能和组织的阻碍不同碳含量对1#、2#、3#钢的性能的阻碍见图1-图3所示。由图1-图3可看出，在同一热处置制度下随碳含量增高，钢的抗拉强度、屈服强度增加，而钢的延伸率降低、冲击功也呈降低的趋势。Rm0.130.180.2碳含量（为图1碳含量对室温拉伸强度的阻碍TheeffectofCcontentonroomtemperaturetensilestrengthofcaststee

8、lZG20Cr3Mo钢的拉伸断口显示：随碳含量增高，显微组织中韧窝减少，钢的塑性韧性有所降低，见图4。ZG20Cr3Mo铸钢具有良好的淬透性。由于不含Ni减少了致使钢的Ms点下降的因素，从而减少了淬火后残余奥氏体的数量，900c淬火取得较多的马氏体。钢经600c回火后，其显微组织为回火索氏体+碳化物组织，见图5。析出的碳化物主若是M23C6型碳化物。在600c回火下马氏体分解完全，铁素体晶粒发生再结晶。随碳含量增高，析出的碳化物数量增多，碳化物颗粒钉扎铁素体相晶界和位错作用增强，致使钢的强度、硬度增高，而塑性降低1,2o25%( 率 伸 延2015100.130.180.2碳含量(的碳含量(%

9、图2碳含量对延伸率的阻碍图3碳含量对冲击韧性的阻碍The effect of C content onThe effect of C content onelongationofcaststeelZG20Cr3MotoughnessofcaststeelZG20Cr3Mo(a)%(b)%图4钢的断口形貌ThefracturemorphologyofcaststeelZG20Cr3Mo图5碳含量对钢的回火组织的阻碍TheeffectofCcontentonroomtemperingmicrostructureofcaststeelZG20Cr3Mo回火温度对钢的性能和组织的阻碍回火温度对钢的力学

10、性能的阻碍见图6、图7所示：随回火温度升高(650c-700C),钢的抗拉强度降低，而钢的延伸率增加。这是因为随着回火温度的升高，碳的扩散加重，基体中碳浓度降低，固溶强化减弱；碳化物发生粗化，对位错钉扎作用减弱，使得钢的强度降低，塑性得以改善。图8是3#实验用钢在650c回火下的显微组织，为回火索氏体+碳化物组织3,析出的碳化物仍然是以M23C6型为主。回火温度C)图6回火温度对钢的抗拉强度的阻碍图7回火温度对钢的延伸率的阻碍TheeffectoftemperingtemperatureTheeffectoftemperingtemperatureon elongation of cast s

11、teelontensilestrengthofcaststeel图8 650 C的回火组织Themicrostructureofcaststeelaftertemperedat650C回火时刻对钢的性能和组织的阻碍表2是回火时刻对3#实验钢的性能的阻碍。从表2能够看出，在相同的回火温度680c下，随回火时刻的延长，铸钢的强度和硬度降低，而延伸率增高。钢的回火进程是碳化物不断从马氏体中析出、聚集和长大的进程。在高温回火下随着时刻的延长，这一进程进行得加倍充分。图9是回火时刻对钢的组织的阻碍。从图9可见，在680c高温回火下，随回火时刻延长，碳化物聚集长大明显，且有连接趋势，表此刻钢的性能上，其强

12、度、硬度降低，而延伸率增高4。表2回火时刻对钢的力学性能的阻碍回火时间/min力学性能db/MPabMPa8/%HB608658607207101917245240807207755856602220215230ab(a)60min(b)80min图9回火时刻对钢的组织的阻碍TheeffectoftemperingtimeonmicrostructureofcaststeelZG20Cr3Mo综上分析，ZG20Cr3Mo钢的碳含量和回火工艺都显著阻碍其力学性能。因此，为了使该铸钢的力学性能达到技术要求，必需合理操纵钢的碳含量范围，而且能够通过改变回火温度或回火时刻来确信不同碳含量下的铸钢的热处置制度。在较高的碳含量下可采纳较高的回火温度或较长的回火时刻，反之，在较低的碳含量下那么可采纳较低的回火温度或较短的回火时刻。3、结论(1)随碳含量增高，析出的碳化物数量增多，碳化物颗粒钉扎铁素体相晶界和位错作用增强，致使ZG20Cr3Mo铸钢的强度、硬度增高而钢的延伸率降低，冲击功呈降低趋势。(2)ZG20Cr3Mo铸钢在650c700c回火处置时，取得的组织为回火索氏体+碳化物，且随回火温度升高，钢的强度降低，塑性得以改善。随回火时刻延长，碳化物聚集长大，钢的强度、硬度降低，而延伸率增高。参考文献：1 吴占文等.热处置对ZG30Si2Mn3