淬火溫度對鋼組織性能的影響分析

王丙利 燕麗娜 孫博文

摘 要：一般機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過高溫淬火熱處理工藝，在這一過程當中鋼組織的組織性能會發(fā)生改變。為探索高溫淬火對鋼組織性能的影響，文章以25MnV鋼組織為例，對鋼組織進行了分析，在不斷的實踐中可知，淬火溫度對鋼組織的剛度與硬度有著較大的影響，鋼組織在進行淬火后會得到馬氏體與碳化物。在淬火溫度達到910℃時，鋼組織的剛度與強度達到最大值，之后溫度再度上升鋼組織性能會下降。

關鍵詞：淬火溫度；鋼組織；性能變化

鋼組織在機械零部件中運用廣泛，是當下眾多機械元件的原材料，在鋼制成機械零件之前，需要進行加工。當下鋼鏈、齒輪等都是常見的機械零部件，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。文章主要以25MnV鋼為例對其組織特征進行分析，25MnV鋼是圓環(huán)鏈中常用的鋼材料，圓環(huán)鏈在煤礦的機械的使用中較廣泛，需要承受較大的拉應力。在制作的過程當中，為強化鋼組織的性能會進行淬火處理，但淬火溫度會對鋼組織產生一定的影響。

一、淬火溫度及鋼材料選取

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

二、淬火溫度對鋼組織性能的影響

文章選用25MnV鋼為研究材料，并對其進行熱軋+空冷的預處理措施，在常溫下顯微組織為珠光體和鐵素體，剛度大約為17.SHRC，變形強度大約為743MPao在進行實驗過程中，淬火和回火的溫度以及保溫時間設置為固定值，采用的不同淬火溫度有870℃、890℃、910℃、930℃、950℃，并對該鋼材做熱處理。采用直徑18mmx22mm的尺寸樣品以及直徑D=10mm且長度L=50mm的拉伸樣品。為了避免外界因素對試驗的干擾以及確保實驗結果的準確性，在每個淬火溫度點進行3次強度試驗和拉伸試驗，并對試驗結果取平均值作為其力學性能實驗的最終結果。

2.1淬火溫度對25MnV鋼力學性能的影響

將淬火溫度分別設定為870℃、890℃、910℃、930℃、950℃，回火溫度550℃，經過30min的淬火保溫時間和回火保溫時間，并在箱式電阻爐中進行鋼材的淬火加熱處理，進行水淬；同時回火處理也在箱式電阻爐中進行回火操作。經過一段時間的保溫后，進行空氣冷卻，熱處理后布洛維光學剛度計上測量鋼材的剛度，并在萬能材料試驗機上對鋼材進行軸向拉伸強度試驗。根據(jù)試驗的相關數(shù)據(jù)可知，淬火溫度對25MnV鋼的強度和剛度的影響規(guī)律與實驗溫度范圍相似，首先當淬火溫度的升高時，鋼材的強度和剛度都升高；當淬火溫度達到最大值910℃之后，強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。

2.2淬火溫度對25MnV鋼晶粒度的影響

當淬火溫度的升高時，25MnV鋼的奧氏體晶粒尺寸緩慢增大。根據(jù)相關理論可知，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，當淬火溫度升高時，晶粒原子擴散的活化能Q降低，并且晶粒的增大速率V會升高，奧氏體晶粒尺寸逐漸增大。

2.3淬火溫度對25MnV鋼組織的影響

當淬火溫度為870℃時，鋼材的組織以馬氏體為主，同時還會有一部分的鐵素體存在；當淬火溫度為910℃時，鋼材組織都為馬氏體；之后由于淬火溫度的逐漸升高，在950℃時鋼組織的變化異常明顯。從具體實驗可以了解到，經過910℃淬火后的25MnV鋼可以具備最優(yōu)的強度和剛度。這主要是由于當加熱溫度不斷升高時，鋼材中的鐵素體會全部地溶解在奧氏體中，使得經過淬火的鋼組織變?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，從而增強了鋼材的固溶強化效果，這兩方面的原因使得鋼材的強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，這導致了鋼材的強度和剛度發(fā)生降低。

三、總結分析

在實驗溫度范圍內，25MnV鋼的強度、硬度先隨淬火溫度的升高而增加，當達到910℃時，隨淬火溫度的升高而降低；25MnV鋼淬火后其組織為馬氏體，當淬火溫度較低時，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具有良好的強度和韌性，降低材料的不均勻性及局部應力，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小的晶粒是選擇淬火溫度的基本準則。特備是當鋼組織中含有較多的微量元素時，會對鋼組織的力學性能和抗熱疲勞性能產生不利影響。如果淬火溫度太低，則鋼組織淬火后的硬度低，達不到要求。當淬火溫度升高時，研分鋼組織的硬度增加。

參考文獻

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