209SiCr的淬透性和淬硬性Word文档下载推荐.docx

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ResearchonQuenchedandHardenabilityCharacteristicsof20and9SiCrSteels

Abstract:

Quenchingrigidmeanssteelcanreachthehighestrigidity’sabilityinnormalquenchingcondition.Majorinsteelquenchingrigidwithcarboncontent.Thesameindifferentshapes,sizessteelquenchingafterhardnessvalueisnotthesamesize.Accordingtothehighestrigidityobtainedtocompare,thehigherthebetterthequenchingrigid,conversely,thelowertherigidquenching.

Itsquench-hardeningabilitymeanssteelcanobtainmartensiticorganizationsofhardlayerdepthinidealquenchingconditions.Itsquench-hardeningabilityisanattributeoftheinherentsteel,whichdependsonthesteelquenchingcoolingrateofcriticalsize.Underthesameconditionsafterquenching,thesameindifferentshapes,sizessteel,obtaindifferdepthisquenched.Thedepthofhardeninglayer,thebetteritsquench-hardeningability,insteadtheshallowdepthofquenching,itsquench-hardeningability.

Thiscomprehensiveexperimentalresearchonnormalquenchingcondition,thedifferenceofhardnesschangebetween45and60Si2Mn,tocontrastdifferentkindsofrigidanditsquench-hardeningability.Throughcomparisonofmetallographicorganizationtoillustratetheinfluenceof45steel60Si2Mnanditsquench-hardeningabilityandorganizationalfactorsofrigid.

Keywords:

QuenchedCharacteristicHardenabilitycharacteristicCarboncontentCriticalcoolingrate

目录

第一章绪论1

1.120、9SiCr的综合性能和应用1

1.1.120钢的工作条件及性能要求1

1.1.29SiCr的工作条件与性能要求1

1.2钢的热处理2

1.2.1优质碳素结构钢的热处理2

1.2.2低合金刃具钢的热处理2

1.3合金元素在20、9SiCr中的作用2

1.3.1合金元素在20中的作用2

1.3.2合金元素在9SiCr中的作用2

1.4本次实验目的2

第二章实验方案和实验过程3

2.1实验材料及设备3

2.1.1实验材料20、9SiCr的化学成分3

2.1.2实验设备3

2.2实验方案3

2.1.2钢的热处理工艺参数3

2.1.3实验过程3

2.3金相显微组织观察4

2.3.1金相组织的制备4

2.3.2显微摄影4

第三章实验结果分析5

3.1实验结果5

3.1.1硬度值记录5

3.1.2实验试样金相组织照片5

3.220、9SiCr淬火后组织分析6

3.320、9SiCr淬硬性和淬透性分析7

第四章实验结论8

参考文献8

第一章绪论

1.120、9SiCr的综合性能和应用

1.1.120钢的工作条件及性能要求

20钢是优质低碳钢。

普碳钢经快冷正火后，有时为了消除应力，还要在400℃左右回火。

通常将普碳钢在950℃加热后水冷和在400℃回火处理，称为水韧处理。

经此处理后可使时效倾向性大为降低。

冷冲压薄板钢通常采用优质低碳钢，采用低碳钢主要是为了提高塑性，以保证钢的冷冲压性能。

冷冲压薄板用钢主要用于制造厚度在4mm以下的各种冷冲压构件，如车身、驾驶室、各种仪器及机器的外壳等。

这些构件一般对强度要求不高，但却要求钢板有良好的冷冲压性能。

而且这下构件通常在冲压成型后，尚需经过电镀、喷漆或上珐琅等工艺美化表面，因此还要求钢板有较小的应变时效敏感性，以防止表面出现桔皮状皱褶。

这样对冷冲压薄板的冶炼、成分和热处理提出相应的要求。

冷冲压薄板钢要求具有细小而均匀的铁素体晶粒（6-7级）。

如果晶粒过粗（1-4级），在冲压过粗中易在变形量较大的部位发生开裂，并且冲压后表面变得粗糙。

但晶粒过细（8级以上）又使钢板的塑变抗力提高，冲压性能恶化，容易磨损冲模，另外，晶粒均匀性也十分重要，当晶粒大小参差不齐时，塑性变形会变得不均匀，在相同的宏观变形量下，大晶粒的实际变形量大，容易造成提前开裂。

除铁素体的影响外，渗碳体的形态对钢板的冲压性能也有影响。

当渗碳体在晶界上析出或呈链状分布时，破坏了基体金属的连续性，而使钢板的冲压性能变坏。

通常在冷冲薄板钢的技术条件汇总，要求对渗碳体的数量和分布进行评定，并限制在一定的级别以下。

1.1.29SiCr的工作条件与性能要求

9SiCr是常用的合金刃具钢[2]钢种。

在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。

根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。

在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。

合金刃具钢是在碳素刃具钢的基础上加入某些合金元素而发展起来的，其目的是克服碳素刃具钢的淬透性低、红硬性差、耐磨性不足的缺点[1]。

合金刃具钢主要用于制作截面尺寸较大且形状复杂的刃具、精密的刃具、切削刃在心部的刃具和切削速度较大的刃具等。

9SiCr钢淬火后，有较多的残余奥氏体，使其淬火变形小。

生产中常用调整淬火温度和冷却介质配合。

1.2合金元素在20、9SiCr中的作用

1.2.1合金元素在20中的作用

主加元素有Mn、Si、S、P、C、Ni、Cu等，这些元素加入或复合加入可以提高钢的淬透性，并保证机械零件整体具有良好的综合力学性能。

辅加元素有Mo、W、V、Ti等碳化物形成元素，他们一般不单独加入，而是加在含有主加元素的钢中，切含量较少。

主要作用是细化晶粒、提高回火稳定性和钢的强韧性。

1.3.2合金元素在9SiCr中的作用

合金刃具钢实在碳素钢的基础上加入某些合金元素而发展起来的，其目的是克服碳素刃具钢的淬透性低、红硬性差、耐磨性不足的缺点。

合金刃具钢的W（C）=0.75%-1.5%，合金元素总的质量分数则在5%以下，所以又称低合金刃具钢。

加入的合金元素为Cr、Mn、W、Si和V等。

其中Cr、Mn、Si主要提高钢的淬透性，同时强化马氏体基体，提高回火稳定性；

Cr、Mn、W和V还可以细化晶粒；

Cr、Mn等可溶入渗碳体，形成合金渗碳体，有利于钢耐磨性的提高。

1.4本次实验目的

本次实验是研究在正常的淬火条件下，通过洛氏硬度计在钢件表面打洛氏硬度，比较两种钢硬度值的不同，进一步比较不同钢种的淬硬性；

然后再钢件的剖开面上沿径向打一组硬度值、绘制U曲线描绘硬度的变化趋势，打磨抛光制作金相试样、观察内部组织来比较20、9SiCr的淬透性。

第二章实验方案和实验过程

2.1实验材料及设备

2.1.1实验材料20、9SiCr的化学成分（w%）

表2.120、9SiCr的化学成分（w%）

钢号

C/%

Mn/%

Si/%

20

0.17~0.23

0.35~0.65

0.17~0.37

9SiCr

0.85～1.05

0.30～0.60

1.20～1.60

2.1.2实验设备

实验用箱式电炉、洛氏硬度计、淬火用水槽、油槽及淬火介质、砂纸、电子显微镜和夹钳

2.2实验方案

2.1.2钢的热处理工艺参数[5]

表2.220、9SiCr的热处理工艺参数

钢号Ac3/℃热处理温度/℃保温时间/min冷却介质

2085090040水或油

9SiCr81085040油

2.1.3实验过程

⑴选择2个Φ20×

40mm的20钢件标记为1、2和2个Φ15×

30mm9SiCr钢件标记为3、4。

⑵将1、2个钢件放入箱式保温炉中900℃下保温40min，将3、4个钢件放入箱式保温炉中850℃下保温40min

⑶将4个钢件取出放入油中冷却。

⑷将冷却后1、3号钢件在洛氏硬度计上不同的三个部位打硬度，记下硬度值并求出平均值。

⑸将2、4号钢件在线切割机上沿中间部分径向切开，然后打磨、抛光，制作金相试样，观察金相组织并照相。

⑹将剖开后的2、4号钢件磨光沿径向通过直径方向打一组数据，记下每个硬度值。

2.3金相显微组织观察

2.3.1金相组织的制备

（1）取样

（2）打磨：

240﹟→400﹟→600﹟→800﹟→1000﹟→1200﹟→金相试纸

（3）抛光：

先粗抛光，再细抛光，抛光剂为水，直至试样表面像镜面为止。

（4）腐蚀:

试样抛光面侵入侵蚀剂中，面呈暗灰色，用水冲洗。

（5）烘干：

用热风吹干。

2.3.2显微摄影

用金相显微镜对抛光后腐蚀的表面进行拍照。

第三章实验结果分析

3.1实验结果

3.1.1硬度值记录

表3.1淬硬性实验硬度值（HRC）

钢号⑴⑵⑶平均值

136353535.3

365646464.3

表3.2淬透性实验硬度值（HRC）

钢号⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿平均值

23635.53534.733.53434.334.535.235.535.735.535

465.56564.464.2646563.564.464.56464.56465

3.1.2实验试样金相组织照片

图3.120钢淬火后组织（400x）

图3.29SiCr淬火组织（400x）

3.220、9SiCr淬火后组织分析

由图3.1和图3.2所得的金相组织分析,20钢淬火后的表面组织为板条马氏体和部分残余奥氏体，9SiCr淬火后的表面组织几乎全部转变为针条状马氏体，只含有少量铁素体和颗粒状珠光体[5]组织，这与9SiCr钢含碳量较高和大量合金元素有关；

碳合金钢的Mf点一般均低于室温，当淬火冷却到室温时，就相当于在Ms-Mf间的某一温度终止冷却，这样在室温下将保留下来较多的奥氏体也就是残余奥氏体，它们中有相当大一部分在继续冷却到零下温度时，还可以再转变为马氏体。

马氏体的硬度主要决定于其碳含量，而合金元素的影响较小，当C％小于1.2％时，随着奥氏体中碳浓度的提高，显著降低临界冷却速度，C曲线右移，钢的淬透性增大；

当C％大于时，钢的冷却速度反而升高，C曲线[7]左移，淬透性下降。

其次是合金元素的影响，除钴外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，均使C曲线右移，降低临界冷却速度[7]，从而提高钢的淬透性。

3.320、9SiCr淬硬性和淬透性分析

图3.320钢淬透性曲线

图3.49SiCr的淬透性曲线

由图3.3和图3.4所得的硬度曲线分析,根据实验前后测得硬度值的比较可绘制出20、9SiCr的硬度曲线，通过实验后绘制的20、9SiCr的硬度曲线看到，9SiCr的淬透性比20钢的淬透性好得多，且9SiCr的淬硬性较好，淬透性与淬硬性不是一个内容，其区别在于：

硬度与淬硬性相关。

钢的淬透性主要取决于它的化学成分，特别是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加热温度[5]和保温时间等因素有关。

影响钢的淬硬性的主要因素是：

钢的含碳量和钢中Si,B等能提高淬透性的合金元素的含量。

钢材的化学成分是影响淬透性最重要的因素之一，凡是在钢中引起“C”曲线右移或左移的合金元素，都对淬透性[9]有着极大的影响。

使“C”曲线右移的元素将提高钢的淬透性；

使“C”曲线左移的元素将降低钢的淬透性。

由于钢的淬透性高低取决于其淬火临界冷速[10]的大小，而淬火临界冷速的大小又取决于过冷奥氏体的稳定性，因此，也都将影响到钢的淬透性。

20、9SiCr中都含有合金元素，且9SiCr中合金元素的含量明显高于20钢，可以使钢的C-曲线发生显著变化，即C-曲线向右移动，即减慢珠光体类型转变的形成速度。

并且它使马氏体转变温度下降。

C-曲线右移的结果，降低了钢的临界冷却速度，提高了钢的淬透性，这对于许多合金钢来讲是十分重要的。

合金元素对淬透性的影响的大小取决于该元素的作用程度（单位含量对淬透性的提高量）及其可能的溶解量。

除了有较强的提高淬透性的能力以外，还可以大量的溶入钢中，故为提高淬透性的最有效的元素。

含碳量的影响：

⑴亚共析钢[7]和过共析钢[7]分别多出一条转变开始线。

⑵共析钢C曲线靠右，亚共析钢随含碳量增加，C曲线左移。

⑶随含碳量增加，过冷奥氏体向贝氏体转变孕育期增长，转变所需要时间增长。

随含碳量增加，马氏体点Ms[10]，Mf[10]点下降。

因此，9SiCr的淬硬性较、淬透性都比20钢好。

第四章实验结论

通过实验分析可知我们可以得出下列结论：

（1）9SiCr比20钢的淬透性、淬硬性好得多，且淬火可以明显提高两者的硬度，因此淬火通常是作为调质钢和弹簧钢一种最常用的热处理工艺。

（2）淬透影响因素：

透性主要取决于其临界冷却速度的大小，而临界冷却速度则主要取决于过冷奥氏体的稳定性。

20钢属于低淬透性低碳调质钢不易淬透而9SiCr中含有的大量合金可以提高钢的淬透性。

（3）钢的淬透性是正确选用钢材和制定热处理工艺的重要依据之一，如果工件淬透了，则其表里的性能就均匀一致，能充分发挥钢材的机械性能潜力，如果未淬透，则表里的性能便存在差异。

（4）凡是在钢中引起“C”曲线右移或左移的合金元素都对淬适性有着极大的影响。

参考文献

[1]王晓敏　《工程材料学》　哈尔滨工业大学出版社　2000　

[2]崔忠圻《金属学与热处理原理》哈尔滨工业大学出版社2000

[3]夏立芳《金属热处理工艺学》哈尔滨工业大学出版社1998

[4]刘云旭《金属热处理原理》机械工业出版社1981

[5]安运铮《热处理工艺学》机械工业出版社1982　

[6]胡光立　《钢的热处理》　　　西北工业大学出版社　　1996

[7]胡庚祥　《材料科学基础》　上海交通大学　2000　

[8]鸿年　《现代热处理手册》化学工业出版社2010

[9]刘增沛《热处理工艺学》　科学普及出版社　　　　1984

[10]马鹏飞《热处理技术》　化学工业出版社　　　2009