热处理工艺对30CrMnSiA组织Word格式.docx

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研究结果表明：

（1）30CrMnSiA钢在1100℃-1160℃高温退火过程中，随着退火温度的升高，钢组织中的晶粒尺寸增大，但其硬度先下降后急剧上升。

（2）30CrMnSiA钢在820℃-880℃不同温度淬火处理条件下，硬度随着温度升高而逐渐升高，不同介质条件下淬火后，空冷后硬度较低而冷水淬火后硬度高达HRC50。

（3）30CrMnSiA钢在520℃回火处理下，组织中部分马氏体转变为奥氏体，钢的硬度下降塑性上升。

关键词：

高温退火，淬火，回火，30CrMnSiA钢，淬火介质

EffectofheattreatmentonMicrostructureandpropertiesof30CrMnSiA

Subject:

materialformingandcontrol

Name：

S.G.Kang（Signature）

Supervisor:

ZouJunTao（Signature）

Abstract

Inthispaper,throughdifferentheattreatmentconditionson30CrMnSiAcompositesteel.Transformationofthemicrostructureandpropertiesofthedifferentheattreatmentsanddifferentheattreatmenttemperatureof30CrMnSiA.Themicrostructurewasobservedbymeansofopticalmicroscope,X-raydiffractionanalysisand30CrMnSiAinphasechange,measuredindifferentheattreatmentconditionstheperformanceofsteel.Theresultsshowthat:

（1）30CrMnSiAsteelat1100℃-1160℃hightemperatureannealingprocess,withtheincreaseofannealingtemperature,thegrainsizeinthestructureofsteelincreases,butthehardnessdecreasedfirstandthenincreasedsharply.

（2）30CrMnSiAsteelat820℃-880℃temperaturequenchingconditions,thehardnessincreaseswiththeincreaseoftemperature,differentmediaconditionsafterquenching,air-cooledlowhardnessandwaterquenchinghardnessuptoHRC50.

（3）30CrMnSiAsteelduringtemperingat520℃,partofbodytoaustenitemartensite,hardnessdecreasedplasticityincrease.

Keywords:

High-temperatureannealing,quenching,tempering,30CrMnSiAsteel,quenchingmediu

第一章前言

1.1调质钢

所谓调质钢，一般是指含碳量在0.3-0.6%的中碳钢。

一般用这类钢制作的零件要求具有很好的综合机械性能，即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧性，人们往往使用调制处理来达到这个目的，所以人们习惯上就把这一类钢称作调质钢。

。

各类机器上的结构零件大量采用调质钢，是结构钢中使用最广泛的一类钢。

淬火成马氏体后在500~650℃之间温度范围内回火的调质处理用钢。

经调质处理后，钢的强度、塑性及韧性有良好的配合。

调质钢的成分是含碳0.25%～0.5%碳素钢或低合金钢和中合金钢，调质处理后的金相组织是回火索氏体。

应用最广的调质钢有铬系调质钢（如40Cr、40CrSi）、铬锰系调质钢（如40CrMn）、铬镍系调质钢（如40CrNiMo、37CrNi3A）、含硼调质钢等。

中碳调质钢碳含量0.3－0.5%，并含有一种或几种合金元素，具有较低或中等的合金化程度。

钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。

热处理工艺是在临界点以上一定温度加热后淬火成马氏体，并在500℃-650℃回火。

热处理后的金相组织是回火索氏体。

这种组织具有强度、塑性和韧性的良好配合。

中碳调质钢的质量要求：

除一般的冶金方面的低倍和高倍组织要求处，主要为钢的力学性能以及与工作可靠性和寿命密切相关的冷脆性转变温度、断裂韧性和疲劳抗力等。

在特定条件下，还要求具有耐磨性、耐蚀性和一定的抗热性。

由于调质钢最终采用高温回火，能使钢中应力完全消除，钢的氢脆破坏倾向性小，缺口敏感性较低，脆性破坏抗力较大，但也存在特有的高温回火脆性。

大多数调质钢为中碳合金结构，屈服强度（σ0.2）在490-1200Mpa。

以焊接性能为突出要求的调质钢，为低碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）一般为490-800Mpa，有很高的塑性和韧性。

少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度（σ0.2）可到1400Mpa以上，属高强度和超高强度调质钢。

中碳调质钢的力学性能：

1．合金元素对力学性能的影响

当零件上有起应力集中作用的缺口（花键、槽或断面变化大）时，为使应力分布均匀、减少应力集中现象，这时较低的硬度反而可以获得较高的疲劳性能。

中碳调质钢的焊接性能：

⑴预热有利于减低中碳钢热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，这是焊接中碳钢的主要工艺措施，预热还能改善接头塑性，减小焊后残余应力。

通常，35和45钢的预热温度为150～250℃含碳量再高或者因厚度和刚度很大，

裂纹倾向大时，可将预热温度提高至250～400℃。

若焊件太大，整体预热有困难时，可进行局部预热，局部预热的加热范围为焊口两侧各150～200mm。

⑵焊条条件许可时优先选用碱性焊条。

⑶坡口形式将焊件尽量开成U形坡口式进行焊接。

如果是铸件缺陷，铲挖出的坡口外形应圆滑，其目的是减少母材熔入焊缝金属中的比例，以降低焊缝中的含碳量，防止裂纹产生。

⑷焊接工艺参数由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例最高达30%左右，所以第一层焊缝焊接时，应尽量采用小电流、慢焊接速度，以减小母材的熔深。

⑸焊后热处理焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下（动载荷或冲击载荷）工作的焊件更应如此。

消除应力的回火温度为600～650℃。

若焊后不能进行消除应力热处理，应立即进行后热处理。

1.2中碳调质钢的热处理工艺

调质钢的发展和应用的势头异常迅猛。

特别是从20世纪60年代末以来，全世界钢产量基本保持年4%的增长率，调质钢的应用范围逐步扩大到了国民经济的各个领域。

调质钢之所以能得到如此迅猛的发展，一个重要的原因是其具有耐蚀，耐热性。

调质钢的热处理工艺的优劣对调质钢的耐蚀，耐热性有很大的影响，而且对调质钢的加工性能起着决定性的作用。

因此，调质钢的热处理工艺在调质钢的生产过程中一直处于十分重要的地位。

调质钢热处理的特点：

调质钢的热处理是为了改变其物理性能，力学性能，残余应力及回复由于预先加工和加热受到严重影响的抗腐蚀能力，以便得到最佳的使用性能或者使调质钢能够进行进一步的冷、热加工。

所谓的热处理就是针对不同组织，不同类型的调质钢进行相应的退火、淬火、回火、正火等处理。

调质钢是一种特殊的钢种，钢中镍、铬含量较高，由于镍、铬等合金化元素的存在，其热处理具有普通钢热处理所不具备的特点：

·

加热温度较高，加热时间也较长。

导热率较低，在低温时温度均匀性差。

炉内气氛控制很重要，要防止出现渗碳、渗氮以及脱碳和氧化现象。

钢的表面光泽对产品使用及价格有决定性的影响，热处理时产生的氧化皮将严重影响表面光泽。

要确保避免钢的表面的划伤及防止热处理产生的变形。

调质钢可分为低淬透性调质钢、中淬透性调质钢、较高淬透性调质钢、高淬透性调质钢这几类的热处理无论是处理方法还是目的都不尽相同。

完全退火状态较软，易于再加工。

通过适当的时效处理可获得要求的力学性能。

1.330CrMnSiA基本性质及用途

30CrMnSiA属中碳，强度高，焊接性能较差。

30CrMnSiA调质后有很高的强度和足够的韧性，淬透性也好。

调质后该材料做砂轮轴，齿轮，链轮都可以。

30CrMnSiA具有良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。

用于轴类、活塞类零配件等。

用于汽车、飞机各种特殊耐磨零配件等。

主要化学成分包括碳C：

0.28%～0.34%，硅Si：

0.90%～1.20%，锰Mn0.80%～1.10%，硫S：

允许残余含量≤0.025%，磷P：

允许残余含量≤0.025%，铬Cr：

0.80%～1.10%，镍Ni：

允许残余含量≤0.030%，铜Cu：

允许残余含量≤0.025%。

30CrMnSiA是中碳调质钢，碳量0.25%～0.60%的碳素钢。

有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。

除碳外还可含有少量锰（0.70%～1.20%）。

按产品质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。

热加工及切削性能良好，焊接性能较差。

强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。

可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。

淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。

能够达到的最高硬度约为HRC55（HB538），σb为600～1100MPa。

所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。

1.4本课题研究内容

热处理制度决定钢的组织和晶粒度，探究在不同的热处理工艺及处理温度下，30CrMnSiA的晶粒长大以及相组成变化情况，材料的力学性能以及耐蚀性等均与组织有很大关系，测定各个热处理条件下不同组织的性能后，可得到退火，淬火，回火不同的热处理工艺对此种钢组织与性能的影响，确定此钢的最佳热处理制度。

第二章试验方法

2.1试验目的

确定30CrMnSiA的热处理制度以及其强化方式，退火、淬火、回火3种不同的热处理工艺，使其性能达到使用要求。

2.2试验步骤

2.2.1对30CrMnSiA进行热处理

1将试样分别加热至1100℃、1120℃、1140℃、1160℃并保温1小时，随炉冷却至室温，进行高温退火处理；

2将1120℃退火试样分别加热至820℃、840℃、860℃、880℃进行淬火处理，淬火介质：

油；

3将在1120℃退火试样在860℃进行淬火，淬火介质分别为：

冷水、油、空冷、热水；

4将进行淬火处理的试样在520℃下保温1小时，空冷至室温，进行回火