王丙利 燕麗娜 孫博文

摘 要：一般機(jī)械所采用的零件大部分為鋼制品，但鋼組織在制成成品之前要經(jīng)過高溫淬火熱處理工藝，在這一過程當(dāng)中鋼組織的組織性能會(huì)發(fā)生改變。為探索高溫淬火對(duì)鋼組織性能的影響，文章以25MnV鋼組織為例，對(duì)鋼組織進(jìn)行了分析，在不斷的實(shí)踐中可知，淬火溫度對(duì)鋼組織的剛度與硬度有著較大的影響，鋼組織在進(jìn)行淬火后會(huì)得到馬氏體與碳化物。在淬火溫度達(dá)到910℃時(shí)，鋼組織的剛度與強(qiáng)度達(dá)到最大值，之后溫度再度上升鋼組織性能會(huì)下降。

關(guān)鍵詞：淬火溫度；鋼組織；性能變化

鋼組織在機(jī)械零部件中運(yùn)用廣泛，是當(dāng)下眾多機(jī)械元件的原材料，在鋼制成機(jī)械零件之前，需要進(jìn)行加工。當(dāng)下鋼鏈、齒輪等都是常見的機(jī)械零部件，其普遍能夠承受較高的重量，且使用環(huán)境較為廣泛，具有耐高溫、耐磨損等特點(diǎn)。文章主要以25MnV鋼為例對(duì)其組織特征進(jìn)行分析，25MnV鋼是圓環(huán)鏈中常用的鋼材料，圓環(huán)鏈在煤礦的機(jī)械的使用中較廣泛，需要承受較大的拉應(yīng)力。在制作的過程當(dāng)中，為強(qiáng)化鋼組織的性能會(huì)進(jìn)行淬火處理，但淬火溫度會(huì)對(duì)鋼組織產(chǎn)生一定的影響。

一、淬火溫度及鋼材料選取

為研究淬火溫度對(duì)鋼組織性能的影響，將25MnV鋼作為鋼材料，對(duì)其采用熱軋+空冷的預(yù)處理工藝，25MnV鋼硬度為16.6HRC，抗拉強(qiáng)度約為672MPao。在對(duì)25MnV鋼進(jìn)行淬火時(shí)，淬火時(shí)間、回火溫度與回火時(shí)間均為不變量，只設(shè)淬火溫度為變量，以此更好的對(duì)剛組織性能的變化進(jìn)行分析，其中淬火溫度可分別設(shè)定為870℃、890℃、910℃、930℃、950℃，為精確的對(duì)鋼材料組織的性能進(jìn)行分析，選取質(zhì)量相同、硬度相同、拉應(yīng)力相同的鋼組織進(jìn)行淬火。

二、淬火溫度對(duì)鋼組織性能的影響

文章選用25MnV鋼為研究材料，并對(duì)其進(jìn)行熱軋+空冷的預(yù)處理措施，在常溫下顯微組織為珠光體和鐵素體，剛度大約為17.SHRC，變形強(qiáng)度大約為743MPao在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中，淬火和回火的溫度以及保溫時(shí)間設(shè)置為固定值，采用的不同淬火溫度有870℃、890℃、910℃、930℃、950℃，并對(duì)該鋼材做熱處理。采用直徑18mmx22mm的尺寸樣品以及直徑D=10mm且長(zhǎng)度L=50mm的拉伸樣品。為了避免外界因素對(duì)試驗(yàn)的干擾以及確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在每個(gè)淬火溫度點(diǎn)進(jìn)行3次強(qiáng)度試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果取平均值作為其力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果。

2.1淬火溫度對(duì)25MnV鋼力學(xué)性能的影響

將淬火溫度分別設(shè)定為870℃、890℃、910℃、930℃、950℃，回火溫度550℃，經(jīng)過30min的淬火保溫時(shí)間和回火保溫時(shí)間，并在箱式電阻爐中進(jìn)行鋼材的淬火加熱處理，進(jìn)行水淬；同時(shí)回火處理也在箱式電阻爐中進(jìn)行回火操作。經(jīng)過一段時(shí)間的保溫后，進(jìn)行空氣冷卻，熱處理后布洛維光學(xué)剛度計(jì)上測(cè)量鋼材的剛度，并在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上對(duì)鋼材進(jìn)行軸向拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)可知，淬火溫度對(duì)25MnV鋼的強(qiáng)度和剛度的影響規(guī)律與實(shí)驗(yàn)溫度范圍相似，首先當(dāng)淬火溫度的升高時(shí)，鋼材的強(qiáng)度和剛度都升高；當(dāng)淬火溫度達(dá)到最大值910℃之后，強(qiáng)度和剛度將不隨淬火溫度的升高而升高，反而呈現(xiàn)降趨勢(shì)。

2.2淬火溫度對(duì)25MnV鋼晶粒度的影響

當(dāng)淬火溫度的升高時(shí)，25MnV鋼的奧氏體晶粒尺寸緩慢增大。根據(jù)相關(guān)理論可知，奧氏體晶粒的增大速率與加熱溫度之間遵循如下的物理關(guān)系：

V∝Dexp（-Q/RT）

式中V表示奧氏體晶粒的增大速率

D表示不為零的正數(shù)

Q表示材料活化能

R代表玻爾茲曼常數(shù)

T表示材料的加熱溫度

因此，當(dāng)淬火溫度升高時(shí)，晶粒原子擴(kuò)散的活化能Q降低，并且晶粒的增大速率V會(huì)升高，奧氏體晶粒尺寸逐漸增大。

2.3淬火溫度對(duì)25MnV鋼組織的影響

當(dāng)淬火溫度為870℃時(shí)，鋼材的組織以馬氏體為主，同時(shí)還會(huì)有一部分的鐵素體存在；當(dāng)淬火溫度為910℃時(shí)，鋼材組織都為馬氏體；之后由于淬火溫度的逐漸升高，在950℃時(shí)鋼組織的變化異常明顯。從具體實(shí)驗(yàn)可以了解到，經(jīng)過910℃淬火后的25MnV鋼可以具備最優(yōu)的強(qiáng)度和剛度。這主要是由于當(dāng)加熱溫度不斷升高時(shí)，鋼材中的鐵素體會(huì)全部地溶解在奧氏體中，使得經(jīng)過淬火的鋼組織變?yōu)轳R氏體；且鋼材中的合金碳化物得到了分解，其中的碳、錳等元素加快在馬氏體中的溶解速度，從而增強(qiáng)了鋼材的固溶強(qiáng)化效果，這兩方面的原因使得鋼材的強(qiáng)度和硬度得到了改善提高。另一方面，由于淬火溫度的逐漸升高，奧氏體晶粒迅速增大，形成了更加粗大的馬氏體，這導(dǎo)致了鋼材的強(qiáng)度和剛度發(fā)生降低。

三、總結(jié)分析

在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，25MnV鋼的強(qiáng)度、硬度先隨淬火溫度的升高而增加，當(dāng)達(dá)到910℃時(shí)，隨淬火溫度的升高而降低；25MnV鋼淬火后其組織為馬氏體，當(dāng)淬火溫度較低時(shí)，含有少量鐵素體；25MnV鋼奧氏體晶粒尺寸隨淬火溫度的升高而變大。

熱處理對(duì)鋼的抗疲勞性具有重要的影響。采用一定的熱處理工藝可以改善鋼組織的顯微組織從而提高其抗熱疲勞性能，并且采用熱處理可以使鋼組織同時(shí)具有良好的強(qiáng)度和韌性，降低材料的不均勻性及局部應(yīng)力，從而提高鋼組織的抗疲勞性能。使鋼組織具有良好的顯微組織和細(xì)小的晶粒是選擇淬火溫度的基本準(zhǔn)則。特備是當(dāng)鋼組織中含有較多的微量元素時(shí)，會(huì)對(duì)鋼組織的力學(xué)性能和抗熱疲勞性能產(chǎn)生不利影響。如果淬火溫度太低，則鋼組織淬火后的硬度低，達(dá)不到要求。當(dāng)淬火溫度升高時(shí)，研分鋼組織的硬度增加。

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