920℃正火不同温度回火对贝氏体钢力学性能的影响

来源:用户上传      作者:

　　摘要:利用热处理试验、力学性能试验研究了不同回火温度对LV710贝氏体钢力学性能影响。结果表明：LV710贝氏体钢最佳的回火工艺为920℃×1h正火、300℃×2h回火，可获得的力学性能为：抗拉强度1450.9MPa，硬度39.7HRC，冲击韧度49.8J。
　　关键词:LV710贝氏体钢 回火 热处理 力学性能
　　
　　1 前言
　　目前贝氏体钢已经广泛应用于汽车前轴、铁路道岔、矿山用高强度耐磨钢球、塑料模具、油田用抽油杆等多个方面。贝氏体钢是21世纪钢铁材料中的奇葩，正朝着低碳、超低碳、超细晶和高强度方面发展，在不久的将来，将会有更加广泛的应用前景[1，2，4]。
　　本文主要是通过试验研究LV710贝氏体钢在不同的正火回火热处理后的力学性能特点，分析热处理工艺对其力学性能的影响，为其应用奠定试验依据。
　　2 实验部分
　　2.1 试验仪器及设备
　　（1）热处理试验：SXS-15-13型箱式电阻炉（最高温度1500℃）；
　　（2）拉伸试验：CMT5105A 型微机控制电子万能试验机；
　　（3）硬度试验：HT-320全洛氏硬度仪；
　　（4）冲击试验：JBN-30型冲击试验机
　　2.2 试验材料及其制备
　　试验材料：LV710新型贝氏体钢。
　　试样加工：冲击试样加工成10.2×10.2×55mm，热处理后开V 形缺口，拉伸试样加工成Φ14×80mm棒料，然后加工成Φ6mm标准短拉伸试样。
　　2.3 试验方案的确定
　　2.3.1 热处理工艺确定及其热处理试验
　　本次试验确定LV710贝氏体钢的正火温度为920℃×1h，试样空冷后在不同温度进行回火，回火温度分别为200℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃，回火时间为2小时。
　　2.3.2 力学性能试验
　　1.拉伸试验，测定材料的强度、延伸率、断面收缩率等指标。
　　2.硬度试验，对经过磨加工后的冲击韧度试样进行HRC硬度测定。
　　3.冲击韧度试验，测定材料的冲击韧度。
　　2.4 试验过程
　　2.4.1 热处理过程
　　将热处理炉加热至920℃后，把试样放入炉膛内。待炉膛温度回复至920℃并稳定后开始计时，将试样加热1小时后取出，空冷后分别将试样在200℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃等温度下进行回火处理。
　　2.4.2 力学性能测试
　　（1）拉伸性能测试
　　将正火+回火热处理后的拉伸试棒在CMT5105A 型微机控制电子万能试验机上进行拉伸试验，然后测量其断口直径、拉伸后的长度等参数。
　　（2）硬度测试
　　将正火+回火热处理后的冲击试样表面磨光，开V形缺口，在全洛氏硬度机上测量其硬度。每个试样至少打5个点求其平均值，算出每个回火温度下的平均硬度值。
　　（3）冲击性能测试
　　对试样打完硬度后进行冲击性能测试，先将试样放置于冲击处，并把冲击试验机的指针归零，然后摁动开关进行冲击，冲击完成之后在表盘上读出冲击吸收功的值，最后计算出各个温度下试样的平均冲击吸收功。
　　3 试验结果与分析
　　3.1 不同热处理工艺对材料力学性能的影响
　　本次试验中对试样进行了拉伸试验、硬度测试及冲击试验，各种力学性能指标。
　　300℃以下回火，抗拉强度变化不大，300℃回火后抗拉强度值最高，为1450.88MPa，回火温度超过300℃，随着回火温度的提高，贝氏体钢的抗拉强度急剧降低，600℃回火后抗拉强度值最低，为868.80 MPa。
　　随着回火温度的升高，贝氏体钢的硬度呈降低的总趋势。回火温度低于400℃时，随着回火温度的提高，硬度缓慢降低，当温度升超过400℃后，随着回火温度的提高，硬度快速降低。
　　在回火温度低于350℃时，冲击韧度下降缓慢；回火温度在350℃-500℃之间时，冲击韧度下降的比较迅速，到500℃时，冲击韧度降至最低，出现回火脆性；回火温度高于500℃时，冲击韧度迅速上升。
　　综合来看，LV710贝氏体钢920℃正火、200～350℃回火后具有良好的强韧性配合，最佳的回火温度为300℃×2h，获得的力学性能为：抗拉强度1450.9MPa，硬度39.7HRC，冲击韧度49.8J。
　　3.3 回火温度对材料力学性能影响的原因分析
　　材料力学性能随回火工艺不同变化的原因，与贝氏体铁素体碳量变化及残余奥氏体的分解有关，是两因素综合作用的结果。贝氏体铁素体是碳的过饱和固溶体，回火过程伴随着贝氏体铁素体固溶碳量的降低，造成硬度和抗拉强度的降低，因此，抗拉强度和硬度变化的总趋势是随着回火温度的升高而下降。随着回火温度的升高，残余奥氏体的热稳定性（不同回火温度分解的难易程度）因回火温度不同而异。300℃以下回火，贝氏体组织的残余奥氏体稳定性提高，低温回火可以提高钢的韧性；另外，钢在低温回火时，残余应力的消除也有利于提高钢的冲击韧度。当回火温度超过350℃，贝氏体组织中的残余奥氏体逐渐分解，析出脆性渗碳体，导致钢的冲击韧度值降低。回火温度高于500℃后，渗碳体开始聚集和球化，铁素体有回复和再结晶的趋势，钢的韧性开始回升[3，4，6，7]。
　　由以上组织分析可知，贝氏体钢正火空冷后进行低温回火处理能使该钢获得最佳强韧性组合。
　　4 结论
　　（1）不同的回火温度热处理对贝氏体钢力学性能的影响为：对延伸率及断面收缩率的影响趋势基本上是相同的，均呈先升后降、复又升高的变化趋势。对抗拉强度的影响是：300℃以下回火，抗拉强度变化不大，300℃回火后抗拉强度值最高，回火温度超过300℃，随着回火温度的提高，贝氏体钢的抗拉强度急剧降低。对试样硬度的影响是：随着回火温度的升高，贝氏体钢的硬度呈降低的总趋势。对冲击韧度的影响是：在回火温度低于350℃时，冲击韧度下降缓慢；回火温度在350℃-500℃之间时，冲击韧度下降的比较迅速，到500℃时，冲击韧度降至最低；出现回火脆性回火，温度高于500℃时，冲击韧度迅速上升。
　　（2）LV710贝氏体钢920℃×1h正火+300℃×2h回火，具有良好的强韧性配合，为最佳的回火工艺，获得的力学性能为：抗拉强度1450.9MPa，硬度39.7HRC，冲击韧度49.8J。
　　参考文献
　　[1] 席光兰，马勤.贝氏体钢的研究现状和发展展望[J].材料导报.2006，20（4）：78-81
　　[2] 李洪波，刘向东，黄志求等.21世纪以来贝氏体钢的研究开发与应用[P].硕士学位论文.铸造设备研究.2005，（1）：32-33
　　[3] 刘静.热变形工艺对新型高强韧性贝氏体钢显微组织及力学性能的影响[P].硕士学位论文.贵州大学，2005
　　[4] 康沫狂，杨思品，管敦惠，钢中贝氏体.上海：上海科学技术出版社，1990
　　[5] 张晓燕，梁益龙,梁宇等.新型空冷贝氏体钢性能及组织的研究[J].现代机械.2004（2）：73-74.
　　[6] 马静，李树奎，李彦民.焊接药筒筒底用Z-11贝氏体钢的热处理工艺、组织与性能研究[M].机械工程材料研究.1998，113-118.
　　[7] 尚成嘉,王学敏,杨善武等.高强度低碳贝氏体钢的工艺与组织细化[J].金属学报.2003，39（10）：1019-1024.

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-364494.htm