55SiMnMo 钎钢材料相变转变点的测定及其组织观察

2013-07-11程巨强刘志学刘安康

凿岩机械气动工具 2013年2期

程巨强，刘志学，刘安康

（西安工业大学材料与化工学院，陕西西安 710032）

55SiMnMo 属于 Si-Mn-Mo 系中碳低合金结构钢，是结合我国国内资源与生产条件研制的凿岩钎具用钢之一，热处理空冷时组织主要为贝氏体、铁素体和残余奥氏体[1～2]，属于无碳化物贝氏体组织，这种组织具有较高的疲劳强度和良好的强韧性和低缺口敏感性[3～4]。55SiMnMo 在钎杆的制造过程中，需要热处理以提高其使用性能，因此确定热处理加热温度参数显得非常重要，而热处理工艺参数的选择主要依据是材料加热时的相变温度，如Ac3 点等，对于金属材料和合金材料相变转变温度测定，主要的方法有热分析法、膨胀法、电阻法等[5]，这些方法测定需要专用的仪器或设备，测定成本较高，本试验采用硬度测试及配合组织观察的方法，简单易行，特别适用于一般企业测定金属及合金材料的相变温度，对制定热处理工艺具有重要的意义。

1 实验方案及过程

试验材料为钎具用材料55SiMnMo中空钢，试样状态为热轧态。测定相变点的实验热处理设备为SXS-15-13 型电阻炉，加热时为了防止氧化，试样用热处理加热保护液进行保护加热，硬度试验在HT-320 全洛氏硬度仪上进行；组织观察在Nikon EPIPHOT300 金相显微镜上进行，组织腐蚀液采用4%硝酸酒精溶液。中空钢经线切割加工成φ15mm×10mm 的试验试样。不同热处理加热温度确定为：600、650、670、680、690、700、710、720、730、740、750、800、810、820、830、840、850、860、870、880、890、900 ℃，保温 20 min，水冷。

2 实验结果及分析

2.1 不同淬火温度下硬度的变化

图1 是不同温度淬火55SiMnMo钢硬度随淬火温度变化曲线。从图中可以看出，热处理加热温度小于720℃，实验材料的硬度随加热温度升高而降低，超过720℃加热，随加热温度的提高，实验材料的硬度增加，超过790℃加热，实验材料的硬度变化不明显，其硬度值基本保持不变。

图1 55SiMnMo 钢硬度随加热温度的变化曲线

分析图 1，55SiMnMo 钢硬度值随加热温度变化的原因与不同温度加热淬火组织的变化有关，由于热轧态55SiMnMo 具有一定贝氏体淬透性，热轧后空冷材料的组织为贝氏体组织和残余奥氏体，当淬火加热温度低于720℃时，试样材料在加热过程中随回火温度提高，发生过饱和碳的贝氏体铁素体的析出和残余奥氏体的转变，形成铁素体和碳化物组织，由于组织中碳化物的不断析出，贝氏体铁素体固溶碳强化作用减小，材料的硬度降低，随回火温度的不断提高，出现碳化物的积聚长大，碳化物弥散强度作用降低，硬度不断降低。加热温度小于720℃，实验材料在一定温度加热、保温后水冷，组织仍然为铁素体和碳化物组织，淬火前后组织不发生变化。当淬火温度超过720℃以后，实验材料加热温度达到或超过Ac1，加热过程部分铁素体发生奥氏体转变，加热保温的组织中形成部分奥氏体组织，淬火后部分奥氏体转变为马氏体组织，试样材料硬度增加。加热温度超过720℃，随w 加热温度的提高，加热时组织转变的奥氏体比例越来越多，淬火后形成马氏体就越多，硬度不断提高，当加热温度超过Ac3，组织全部发生奥氏体制转变，淬火后主要获得马氏体组织，实验材料的硬度基本上不发生变化。

由此可推断出，试样材料的Ac1相变临界点为720 ℃，试样材料的Ac3相变临界点在790 ℃。

2.2 不同热处理状态下的显微组织分析

图2 是实验材料几个不同典型加热温度淬火的金相组织。试样材料650℃淬火的组织为：铁素体+碳化物组织，如图2（1），铁素体板条之间或板条之上有碳化物析出，组织保持热轧态的贝氏体组织形貌。随加热温度提高，700℃淬火组织形貌仍然保持热轧态组织的位相，碳化物析出增加，如图 2（2）。720℃淬火的显微组织与700℃类似，但碳化物球化程度增加，如图 2（3）。 730℃、750℃加热淬火组织为：部分细小的马氏体+未溶粒状碳化物，如图 2（4）、图 2（5）。 790℃淬火后试样的显微组织，主要为马氏体，未溶粒状碳化物较少，如图 2（6）。800℃～890 ℃淬火后的显微组织为马氏体和残余奥氏体组织，而且随加热温度提高，组织中奥氏体数量有所增加，马氏体板条有所粗化，如图 2（10）。890℃淬火组织明显比850℃淬火粗化（图2（10），且组织中残余奥氏体量有所增加。