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珠光体钢微观组织与拉伸性能关系

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以SWRS82B钢为研究对象,制定热处理工艺:将试样奥氏体化后在低温盐槽停留短时间后马上进入高温盐槽等温,目的是增加珠光体转变过冷度,提高珠光体形核率,减小珠光体团尺寸,从而探索高碳珠光体钢力学性能与显微组织尺寸之间的关系。结果表明,珠光体钢强度指标主要由珠光体片层间距决定。晶粒尺寸明显影响塑性指标,晶粒尺寸越小塑性指标越高,而当晶粒尺寸相近时,珠光体团尺寸越细小断面收缩率越高。

珠光体组织是结构钢中的重要组织之一,前期国内外研究对珠光体片层间距和原奥氏体晶粒及珠光体团尺寸等参数与力学性能指标进行了探索,细化珠光体亚结构组织,提高其综合力学性能的研究已较为广泛。Elwazri对过共析(高碳)珠光体钢的研究表明,细小的片层间距有利于过共析珠光体钢强度的提高,而细化原奥氏体晶粒则有利于其塑韧性的提高。Korda的试验指出,细珠光体团有利于提高基体疲劳裂纹扩展阻力。文献指出,拔制过程中珠光体所有铁素体及渗碳体片会转向拔制方向。组织细化后,单位体积内铁素体及渗碳体片取向不利的珠光体团得到细化,使局部产生大量塑性变形引起应力集中的可能性减少。

目前文献报道的团尺寸的细化均是在实现原奥氏体晶粒细化的基础上或是降低珠光体相变温度来实现的,如细化原奥氏体晶粒尺寸,珠光体晶界形核率增加也会细化珠光体团尺寸;不同的等温温度也会得到不同尺寸的珠光体团,但是其片层间距也会有较大变化。因此较难把握珠光体具体尺寸因素与性能的关系。本文制定了特定的热处理制度,比较了团尺寸与其性能变化的相关联系,结果将有助于珠光体钢组织控制研究。

1、试验材料及方法

试验所用材料为国产SWRS82B钢盘条,直径为12.5mm,主要成分(质量分数,%)为:0.80C,0.21Si,0.77Mn,0.20Cr,余量Fe。截取150mm长试样分成3组。采用箱式电阻炉加热,同时两盐槽温度分别控制在380℃及550℃,通过前期的试验结果分析后,制定了热处理工艺见表1。

表1 SWRS82B钢热处理工艺

SWRS82B钢热处理工艺

No.1、No.2工艺采用1000℃保温1h是希望得到较大尺寸晶粒,进入盐槽前将温度随炉降至860℃保温20min为了与No.3工艺进入盐槽前奥氏体化温度一致。No.2工艺中,在进入最终550℃盐槽等温前,先进入了380℃盐槽保温<3s,再快速进入550℃盐槽(间隔时间低于1s,热处理过程中每组试样均用铁丝绑在一起)。这是经过前期低温保温温度及保温时间的摸索,得到的有效工艺参数,目的是瞬间提高试样过冷度,在还未发生相变时马上又进入550℃盐槽,提高珠光体相变形核率,细化团尺寸。由于试样最终等温温度都在550℃,因此片层间距相差不大。最终试验结果也说明该工艺对细化珠光体团尺寸具有一定作用。3组热处理试样分别加工成7mm的圆柱拉伸试样(No.2组试样表面冷速快的基体被加工去除),在Instron8501万能试验机上进行拉伸性能试验。金相试样表面打磨和抛光后用3%的硝酸酒精溶液侵蚀,在KYKY2800B型扫描电镜(SEM)上进行组织及断口观察。奥氏体晶粒度采用饱和苦味酸水溶液进行腐蚀。片层间距及团尺寸测量采用多张SEM照片通过截线法进行测量,然后取平均值。晶粒尺寸采用光学组织图片进行截线测量。

结论

1)试验钢奥氏体化后快速过冷到低温,再迅速在550℃等温热处理,可得到与直接550℃等温试样相近的珠光体片层间距,而珠光体团尺寸可得到一定程度上的细化。这是由于快速过冷处理增加过冷度,提高珠光体形核率所致;

2)珠光体钢抗拉强度主要由珠光体片层间距控制,当珠光体片层间距相差不大时,即使晶粒尺寸及珠光体团尺寸不一致,其抗拉强度指标也相近;

3)珠光体团尺寸也是影响珠光体钢塑性指标的重要组织参数。当珠光体钢晶粒尺寸与片层间距相近时,珠光体团尺寸较细小的试样具有更高的断面收缩率。

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