淬火温度对P20钢组织性能的影响

李 勇，雷文华，周 毅

(西藏大学理学院 西藏拉萨850000)

淬火温度对P20钢组织性能的影响

李 勇，雷文华，周 毅

(西藏大学理学院 西藏拉萨850000)

利用扫描电子显微镜、金相显微镜研究了P20塑料模具钢淬火组织，并用洛氏硬度计测定了硬度随淬火温度的变化情况。P20钢经830～920,℃淬火得到板条马氏体，淬火后晶粒尺寸随淬火温度的升高有粗化趋势但并不明显，直到890,℃以后才明显粗化，因此对P20钢进行热处理的淬火温度应低于890,℃。

P20钢 淬火 微观组织 硬度

P20钢是一种预硬型塑料模具钢，主要用于塑料模具的制造。钢厂生产的P20钢原始组织为珠光体，将原钢进行模具加工前需进行预硬化处理。[1-2]由于淬火后的组织性能对其预硬化的质量具有重大影响，因此本文对 P20钢的淬火组织性能进行了研究，以期能够对 P20钢预硬化工艺中的淬火温度控制提供依据和参考。

1 试验材料与方法

P20钢主要元素组成为：0.28%,～0.40%, C、0.20%,～0.80%, Si、1.40%,～2.00%, Cr、0.60%,～1.00%, Mn、0.30%,～0.55%, Mo。实验前把试料加工成20,mm×20,mm×20,mm试块，共加工6块，取其中的 1块进行金相观察，另外 5块分别在 800,℃、830,℃、860,℃、890,℃、920,℃下保温 30,min淬火，淬火后进行微观组织观察和硬度测定。金相试样采用金刚石抛光膏手动抛光，最后采用 4%,硝酸乙醇溶液腐蚀抛光面。观察微观组织所用扫描电子显微镜为JSM-5610LV，金相显微镜为OLYMPUS BX51，使用 TH300洛氏硬度计进行洛氏硬度测试，采用金刚石压头，载荷为150,Kgf，保持时间为2,s。

2 试验结果及讨论

2.1 淬火温度对P20钢微观组织的影响

图 1(a)为淬火前原始材料的金相照片，图 1(b)为淬火前原始材料的扫描电镜照片。结合光学及扫描电镜结果，很容易确定试样淬火前的组织主要为粒状珠光体及层片状珠光体，该组织硬度较低，洛氏硬度仅为11,HRC。

图1 P20钢原始显微组织(OM SEM)Fig.1 Original microstructures of P20 steel(OM SEM)

图 2为不同温度下的淬火组织，其中图 2(a)为860,℃淬火 SEM 照片，图 2(b-f)为 P20钢分别在800,℃、830,℃、860,℃、890,℃、920,℃淬火得到的金相显微镜照片。结合扫描电镜及金相显微镜照片，可知 P20钢在高于 830,℃淬火后基本可以获得全部马氏体组织，所得马氏体组织主要为板条状马氏体，同时也有少量针片状马氏体；低于830,℃淬火所得组织应为贝氏体和马氏体混合相间的组织，而且可以观察到马氏体板条随淬火温度的升高有变粗大的趋势，但趋势并不明显，直到890,℃以后才粗化。

图2 P20钢不同温度淬火的显微组织(SEM OM)Fig.2 Microstructures of P20 steel quenched at different temperatures(SEM OM)

图 3是 830～920,℃淬火温度下的晶粒度照片，可以看到，890,℃以前随淬火温度升高晶粒增大的趋势并不明显，晶界也不够清晰，但到 890,℃以后晶粒增大趋势变得明显，晶界也变得清晰。当奥氏体化温度升高至920,℃时，整个视场几乎全是已经长大的晶粒，这些晶粒的晶界都比较平直，晶界间夹角接近120 °，说明晶粒已经得到充分生长。晶粒度的这一变化趋势与马氏体组织随淬火温度升高的粗化趋势的实验结果是完全一致的。

图3 P20钢不同温度淬火的晶粒度(OM)Fig.3 Grain sizes of P20 steel quenched at different temperatures(OM)

图 4是 P20钢硬度随淬火温度的变化曲线。由图可见，830,℃以前硬度随淬火温度的升高快速增加，在 830～920,℃的温度区间，随着淬火温度的升高硬度基本不变，维持在52,HRC左右。

图4 硬度随淬火温度的变化曲线Fig.4 The change quenching hardness curve of P20 steel quenched at different temperatures

根据金相图片分析可知，830,℃以前，硬度随淬火温度升高快速增加的原因在于：随淬火温度的升高，淬火组织中马氏体组织迅速增多。继续升高淬火温度，淬火组织基本全是马氏体，此时随淬火温度升高，在奥氏体化的过程中，碳及合金元素会更多地固溶入奥氏体，致使淬火形成的马氏体碳含量增多，造成淬火硬度继续升高。但由于 P20钢所含的 Mo、Cr元素形成的碳化物比较稳定，难以固溶，因此通过增加奥氏体化温度并没有明显提高马氏体碳含量，并不能明显提高马氏体硬度，因此硬度基本维持在52,HRC左右。[4-5]

3 结 论

根据上述实验，对于 P20钢来说，淬火温度如果高于 890,℃，会导致奥氏体晶粒过于粗大，从而引起淬火马氏体粗化，这将损害材料的力学性能，因此P20钢淬火温度不应高于890,℃。但由于P20钢所含的 Mo、Cr元素形成的碳化物比较稳定，难以固溶，因此应适当提高淬火温度以保证合金元素的充分固溶。■

［1］ 杨俊秋. 模具新材料在塑料模中的应用及展望[J]. 模具制造，2007(3)：64-66.

［2］ 罗毅，吴晓春. 预硬型塑料模具钢的研究进展[J]. 金属材料热处理，2007，32(12)：22-25.

［3］ 赵昌盛. 模具材料及热处理手册[M]. 北京：机械工业出版社，2008：421-423.

［4］ 赵建生，乔学亮，孙培祯，等. 大截面预硬型塑料模具钢 P20BSCa的组织与性能[J]. 机械工程材料，1995，19(3)：43-58.

Effect of Quenching Temperature on Microstructure and Properties of P20 Steel

LI Yong，LEI Wenhua，ZHOU Yi
(Science College of Tibet University，Lhasa 850000，Tibet Autonomous Region，China)

The quenching microstructure of P20 steel was investigated with scanning electronic microscope and metallurgical microscope．The quenched hardness at different temperatures was measured with Rockwell hardmeter．The experimental results show that the lath martensite has been attained after the steel quenched from 830,℃ to 920,℃ and the grains of steel gradually increase with the elevation of quenching temperatare，however the increase of size is not obvious until the temperature is higher than 890,℃．So the better quenching temperature of heat-treated P20 steel shoud be lower than 890,℃。

P20 steel；quenching；microstructure；hardness

TG113

A

1006-8945(2016)02-0022-03

2016-01-11