不同热处理工艺对9SiCr钢组织性能的影响

徐玉荣,李凤春,安秀娟

(哈尔滨建成集团有限公司,哈尔滨 150030)



不同热处理工艺对9SiCr钢组织性能的影响

徐玉荣,李凤春,安秀娟

(哈尔滨建成集团有限公司,哈尔滨 150030)

为了提高9SiCr钢的力学性能,研究不同热处理工艺对9SiCr钢微观组织和力学性能的影响,采用转数200 r/min、载荷200 N、时间60 min的工艺方案,对试样进行磨损实验。结果表明:9SiCr钢经过不同热处理后,获得的马氏体和碳化物的数量、大小、形状及分布各不相同,促使钢的硬度产生差异,从而使耐磨性能产生差异;经过盐浴加热淬火+低温回火的试样组织细小均匀,硬度已经较高,耐磨性最好。

9SiCr钢;热处理;耐磨性;组织

9SiCr钢用途广泛,其淬透性和淬硬性较高,耐回火性较好,优于碳素工具钢。9SiCr可用于制造形状复杂、变形小、耐磨性高、低速切削的工具,也常用来制作长丝锥、拉刀、板牙等刃具、冷作模具和量具、服役条件要求具有高硬度、高耐磨性和尺寸稳定性。这种低合金工具钢经常规淬火和低温回火后硬度虽高(HRC62以上),但脆性较大,使用中往往产生崩刃等现象,严重影响工具、模具质量、可靠性和寿命[1-4]。为了提高低合金工具钢的力学性能,笔者研究了热处理工艺对9SiCr钢组织影响,通过改变基体组织、细化奥氏体晶粒及改善碳化物的形态、大小、分布来提高9SiCr钢的磨损性能,并分析其影响原因,进而为工业生产选择最佳的热处理工艺。

1　实验材料与方法

实验采用市场购买的9SiCr钢棒材。截成尺寸为50 mm×15 mm×15 mm的长方体试样,预备热处理后,再将试样加工成10 mm×7 mm×7 mm的长方体,进行最终热处理。最终热处理采用4种不同工艺,具体工艺参数见表1。将最终热处理后的试样进行微观组织观察和硬度测试[5-8]。按照转数200 r/min、载荷200 N、时间60 min的工艺方案,进行磨损实验[9-11]。对磨副采用淬火+低温回火处理后的GCr15钢圆环,硬度在HRC60以上。

表1热处理工艺

2　实验结果与分析

2.1微观组织分析

图1为9SiCr钢五种不同处理后微观组织。由图1a可知,9SiCr钢正火组织为片状的珠光体,其硬度值最低,不适合直接作为生产实际中工具钢的使用,需要对其淬火提高硬度值,改善其耐磨性能。盐浴加热方法能够使受热比较均匀,加热速度较快,试样的变形量也较小,试样表面基本无氧化脱碳现象,而且能够很快转变工件内部组织结构,适用性能比较广泛。盐浴加热淬火时,见图1d,由于加热时间短,加热速度快,产生的温差比较大,所以导致奥氏体形核率较高,单位体积内形成的晶核核心较多,所得到的奥氏体晶粒也较细小,淬火冷却后得到的马氏体组织也相应的较细小,其碳化物的分布也比较均匀,故淬火冷却后9SiCr钢的硬度值较高。分阶段加热淬火比普通加热淬火的加热时间短,形成的奥氏体和碳化物的晶粒较细小,如图1c所示。淬火冷却后所得到的马氏体和马氏体基体上的碳化物也较细小,9SiCr钢经过分阶段加热淬火后的硬度值较正常淬火略高。由于火焰加热淬火的加热速度较快,奥氏体中能够溶解较多的碳化物,淬火后得到的马氏体基体中含有较高的碳,所以其硬度值最高。但是,由于分段加热受热不均匀,有些地方组织会较粗大,尽管如此,由于其马氏体含碳量高,所以其平均硬度仍是最高的。经过不同淬火后的组织在相同的温度下进行回火,淬火组织越细,则回火后析出的碳化物也越细,分布也越均匀,性能越好。

图1　9SiCr钢不同热处理后微观组织

Fig.1Different heat treatment microstructureof 9SiCr steel

2.2硬度测试结果及分析

将五种不同热处理工艺的试样进行硬度实验。采用HR-150A型洛氏硬度计在试样表面打下6个硬度点取其平均值作为硬度值,不同热处理后试样的硬度值如表2所示。由表2中可以看出,9SiCr钢经过正火后硬度值最低;经过火焰加热淬火后硬度最高,并且随着淬火加热速度的提高和加热保温时间的缩短其硬度值呈现增大的趋势。这是由于加热速度越快,其形核率越大,同时保温时间短,晶粒来不及长大,使得加热时获得的奥氏体晶粒细小,淬火冷却后马氏体组织也细小,回火后碳化物也更加细小,分布更均匀所致。

表2不同热处理后试样的HRC平均硬度值

Table 2Average HRC hardness value of sample bydifferent heat treatment

正火普通淬火分阶段加热淬火盐浴加热淬火火焰加热淬火4260616465

2.3磨损性能分析

表3是9SiCr钢在磨损条件为F=200 N、v=200 r/min、t=60 min时的磨损量,从表3中可以看出,在相同磨损条件下,经过盐浴加热淬火的9SiCr钢耐磨性最好,尽管经过火焰加热处理的试样硬度最高,但其磨损性却低于盐浴加热的试样,分析其原因是盐浴较火焰加热均匀,加热速度快,最终得到的组织细小均匀所致。正火试样硬度低,其耐磨性最差;普通淬火与分阶段加热淬火试样的耐磨性基本相当。从组织图中也可以证明这一点。综上所述,9SiCr钢应用在磨损条件下时,最适合采用盐浴加热淬火,即可减少氧化脱碳,又可以提高其耐磨性。

表3　不同热处理工艺后的磨损量

3　结　论

(1)采用五种不同热处理工艺,观察9SiCr 钢的微观组织和耐磨性能。9SiCr钢经盐浴加热处理后组织细小,均匀,硬度较高,耐磨性最好。

(2)采用火焰加热处理后,9SiCr钢虽然硬度最高,但是组织粗细不均匀,影响其耐磨性。

(3)分阶段加热相对于普通淬火加热,加热速度提高不大,组织性能变化也不大。

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(编辑徐岩)

Effect of different heat treatments on microstructure and properties of 9SiCr steel

XU Yurong,LI Fengchun,AN Xiujuan

(Harbin Jian Cheng Group Corporation,Harbin 150030， China)

This paper is devoted specifically to improve the mechanical properties of 9SiCr steel.The improvement is best effected identifying the effect of different heat treatment on the microstructure and mechanical properties and running wear experiment on samples using process scheme consisting of rotating speed of 200 r/min,applied load of 200 N and wearing time of 60 min.The results demonstrate that different heat treatment of 9SiCr steel produces varying amount,sizes,shape and distribution of martensite and carbide,with the consequent differences in the hardness of the steel,thus inducing distinctive wear resistance;and the heat treatment using salt bath quenching and low temperature tempering provides the fine and uniform microstructure of 9SiCr steel,contributing to a higher hardness and best wear resistance.

9SiCr steel； heat trectment； wear resistance； microstructure

2015-03-03

徐玉荣(1974-),女,黑龙江省哈尔滨人,工程师,研究方向:热处理及表面处理,E-mail:wsh-wangshuhua@163.com。

10.3969/j.issn.2095-7262.2015.02.020

TG142.73

2095-7262(2015)02-0209-03

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