探究ZG40Mn2Si1RE钢衬板热处理工艺的金相控制

2015-12-10刘晨阳

中国科技纵横 2015年14期

关键词：金相衬板马氏体

刘晨阳　陈　林

（内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头 014010）

探究ZG40Mn2Si1RE钢衬板热处理工艺的金相控制

刘晨阳陈林

（内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头 014010）

为了抵抗大压力以及过强的冲击性，锰钢近几年得到了越来越多相关人士的关注，特别是防磨损的性能，更是得到了广泛关注。球磨机作为钢铁行业中比较常见的一种粉碎设备，其衬板被要求具备良好的耐磨性，因此，调整锰钢的分子组成，并合理设计其热处理工艺，就成为了当前需要注重关注的问题。本文以ZG40Mn2Si1RE钢衬板为例，简要介绍其热处理工艺以及金相控制实验。

ZG40Mn2Si1RE钢衬板热处理金相实验

钢铁铸件在进行淬火以及回火之前，需要进行事先的热处理，通常对其进行退火或是正火处理，提升其耐磨性。经过热处理后的钢铁铸件将具备更均匀的化学成分以及显微组织，并消除铸造产生的内应力，进一步细化晶粒，得到一定的力学效果。所以，当研制出一种新型的钢铁种类时，往往先要对其进行热处理实验，分析其金相，进而在实际生产中合理控制钢铁铸件的强度、刚度、耐磨性等性能。

1　ZG40Mn2Si1RE钢衬板概述

ZG40Mn2Si1RE钢是向锰钢中参杂了稀土元素、硅元素等合金元素而诞生的一个新钢种，主要用于制作球磨机的衬板，使用性能非常好。该钢种具备良好的韧性以及耐磨性，能够满足实际生产时球磨机的需要。

ZG40Mn2Si1RE钢的化学组成成分，融合了碳、硅、锰、RE等元素，其中，锰和硅元素可以提升奥氏体的淬透性，硅元素还能提升弹性极限，加入稀土元素，能够净化晶界并细化晶粒，综合提升钢的力学性能以及耐磨性。

2　ZG40Mn2Si1RE钢衬板热处理工艺原理

将ZG40Mn2Si1RE钢加热至临界点以后，进行奥氏体化，随后以合适的温度冷却下来，得到想要的马氏体组织，进而得到想要的力学性能。

3　ZG40Mn2Si1RE钢衬板热处理设计以及试验

3.1生产条件

想要对钢铸件进行金相实验，需要下列设备:

熔炼设备:中频感应炉/500kg；

化验设备:由日本出产的直读光谱仪，全套标准常规化验用设备；

热处理设备:罩式翻转台车炉，型号选用RT3-150-12型，尺寸规格为2.0（m）*1.0（m）*0.8（m），最高可以达到1200℃，装炉量为2.5吨，用于淬火保温，衬板结束淬火处理后，侧翻到盐水槽中，规格为3.0（m）*2.5（m）*3.0（m），进行循环冷却；

回火设备:风扇台车炉，功率为70kW；

式样获取设备:数控切割机床，型号为PK7732F电火花式切割机［2］；

另外需考虑v关联着3个(3,3,8)-面这种情况。由引理1(6)知此时最坏的情况是v关联着4个6-面,3个(3,3,8)-面,一个(3,5+,8)-面。由引理4知这3个(3,3,8)-面在最坏情况下即两个穷面一个富面(或两个半穷面一个穷面),它们从8-点获得的总权值为由R1,R3.6及最坏3-面8-点情形得

力学性能检验用设备:冲击试验机，型号为JB-30B，布洛维光学硬度检验机，型号为HBRVU-187.5。

3.2试验方法

将工厂生产出的批量铸件，在本体上切取试样。铸件本体需要进行盐水淬火、回火以及水淬火和回火，其中，盐水淬火温度分别定于800℃、870℃、890℃、970℃、1050℃，水淬火温度可以定在890℃，回火温度定于240℃，淬火用的介质温度可以定在5-40℃之间。热处理工艺结束后，便可以切取试样进行测试。

将需要试验的钢衬板放置于数控线切割机床中切得规格为10（mm）*10（mm）*55（mm）的试样，尽量保证试样上面没有缺口，采用冲击试验机以及布洛维硬度计检测αKn以及HRC值。

3.3试验结果

根据热膨胀法以及Formaster膨胀仪可以测出钢在热处理过程中的临界转变温度，临界点Ac3、Ac1分别是775℃和720℃，马氏体开始转变和结束转变温度Ms、Mf分别是275℃和120℃。

ZG40Mn2Si1RE钢经过热处理以后，分析其力学性能和相应的金相组织关系。

3.4金相分析

对试样进行编号。其中，编号1-9试样，ZG40Mn2Si1RE钢在奥氏体的890℃进行盐水淬火，并降其温度到Ms以下，可以得到想要的中碳马氏体，同时在回火时保证240℃，便可以得到中碳回火马氏体［3］。因为马氏体停止转变的温度Mf120℃在室温以上，所以淬火期间并不会产生残余的奥氏体，已经完全转变成了想要的马氏体。马氏体的力学性能非常好，硬度可以达到56-57HRC，αKn也能达到80-120J/cm2。

10号试样中的金相组织是珠光体和网状铁素体的集合，硬度很低，力学性能较差；

11号和12号试样中的铁素体没能融入到奥氏体中，淬火回火处理以后的金相组织，力学性能虽然好于10号试样，但是与标准金相组织相比却仍有一段距离；

13号试样产生了比较大的马氏体，虽然硬度在淬火后很好，但是αKn值却很低；

14号试样由于淬火介质是水，冷却速度比盐水慢很多，冷却期间未能达到临界值，进而出现了铁素体和屈式体，回火处理以后得到了回火马氏体、铁素体、屈式体的组合，力学性能很差；

15号试样中的淬火介质温度较高，冷却能力差，回火后得到的不完全是马氏体，力学性能也达不到想要的标准；

16号试样中的淬火介质温度就更高了，以至于部分奥氏体直接转变成了贝氏体，回火后得到的是贝氏体、铁素体以及回火马氏体的组合，力学性能也无法达到标准；

17号试样加热温度过高，盐水温度过高，有铁素体析出，回火以后会出现粗大的回火马氏体，力学性能未能达到标准。