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图1 20CrMnSiNi2A钢经淬火回火后的显微组织 ×400
2.2 20CrMnSiNi2A钢增加预热处理后力学性能和显微组织
将批号为89-6-A1、89-6-A2、89-6-A3、89-6-A4、89-6-A5、89-7-A1和89-7-A2圆钢加工或25mm试棒,在5kW箱式炉内680℃×60min预热910℃×25min油淬200℃×150min回火,其力学性能如表3所示。表3 20CrMnSiNi2A钢经预热和淬火回火后力学性能
(图片)20CrMnSiNi2A钢经680℃充分预热处理,组织为索氏体和大量弥散分布的颗粒状碳化物,如图2所示。为淬火作组织准备。(图片)
图2 20CrMnSiNi2A钢经680℃预热后显微组织 ×200
20CrMnSiNi2A钢经680℃×60min充分预热→900℃×25min油淬,200℃回火显微组织为低碳马氏体,如图3所示。(图片)
图3 20CrMnSiNi2A钢经充分预热后淬火回火处理的显微组织 ×400
3 分析讨论
20CrMnSiNi2A钢是在30CrMnSiNi2A超高强度钢基础上降低含碳量而获得的一种高强度钢。这种钢锻造空冷或正火空冷后主要得到贝氏体组织[1],它与30CrMnSiNi2A钢一样,淬火低温回火后的抗拉强度与含碳量成直线关系。由于含碳量低于0.3%,因此含碳量对冲击韧度的影响不象30CrMnSiNi2A钢那样敏感。
20CrMnSiNi2A钢用于制造履带诱导齿圈及履带板等零件,这些零件工作条件恶劣,由于工作时承受复杂的交变载荷,如拉伸、弯曲、磨损和冲击等综合外力作用,因此该钢需要强韧性的最佳配合。充分预热的目的就在于寻求20CrMnSiNi2A钢强韧性最佳配合的一种途径。选择稍低于该钢Ac1(707℃)的680℃充分预热,获得了如图2所示高度弥散分布的细颗粒状碳化物。这种组织对淬火加热时获得细小的奥氏体具有最好的效果[2]。前苏联学者,C.C.施特因贝尔格及其同事对此进行了大量试验研究,研究结果表明:钢件淬火加热时奥氏体的晶粒大小主要取决于原始结构,即碳化物的形状和分散度。细粒状碳化物在奥氏体化过程中较片状碳化物不易溶解,因而起着阻止奥氏体晶粒长大的作用,这种组织在淬火温度范围内具有最小的晶粒和最小的晶粒长大倾向。试验证明20CrMnSiNi2A钢按常规工艺加热淬火奥氏体较粗,晶粒度为6~7级。20CrMnSiNi2A钢在Ac1以下充分预热,析出的细粒状碳化物,在Ac3以上保温时间又较短,在Ac3以上加热只溶解一部分,剩下的细粒状碳化物既作为淬火时转变的核心,又具有硬度高、耐磨性好的特点。这种弥散分布的粒状碳化物,不仅对提高20CrMnSiNi2A钢的强度有利,而且为该钢的强韧性最佳配合创造了条件。充分预热的热处理工艺的特点还在于由于部分粒状碳化物不溶解,因而奥氏体化时奥氏体本身的碳浓度不高和合金化程度不高,从而使马氏体转变点Ms升高,淬火时有利于马氏体转变和残留奥氏体减少。按常规工艺热处理获得较粗低碳马氏体+铁素体显微组织时,这可能是由于锻造组织比较粗大,在冷却过程中有魏氏组织状铁素体出现,这种组织韧性较低,虽然在随后900℃加热淬火过程中铁素体可以消失,但锻造遗传性的影响仍不能彻底消除。
经生产实际考核,证明充分预热处理使20CrMnSiNi2A钢89-6A,89-7A两批近10t的40mm、85mm圆钢热处理后获得了良好的组织和优异的综合性能,而且预热处理工艺对其它类似钢种具有普遍意义。
4 结论
(1) 20CrMnSiNi2A钢680℃充分预热,析出高度弥散分布的细粒状碳化物,这种细小的粒状碳化物,不仅为淬火作组织准备,而且细化奥氏体晶粒,从而使该钢淬火时获得较细的低碳马氏体。
(2) 充分预热处理较常规热处理在保持σb不降低的前提下,δ、ψ提高40%,αK值提高15%,使20CrMnSiNi2A钢热处理后获得最佳强韧性配合。
参考文献
1 坦克车辆金相图谱编写组.坦克车辆金相图谱(组织部分).北京:国防工业出版社,1986:149
2 邓奇文,黄涤凡.食品机械.湖南:食品机械出版社,1986:46
3 徐祖耀.马氏体相变与马氏体.北京:科学出版社,1980:97
2/4/2009