热处理工艺对30CrMnSiA组织.docx

热处理工艺对30CrMnSiA组织.docx

《热处理工艺对30CrMnSiA组织.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热处理工艺对30CrMnSiA组织.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

热处理工艺对30CrMnSiA组织

热处理工艺对30CrMnSiA组织与性能的影响

学科：

材料成型及控制工程

本科生：

康仕高（签名）

指导老师：

邹军涛讲师（签名）

摘要

本文通过对30CrMnSiA复合钢进行的不同工艺条件下的热处理。

研究30CrMnSiA在不同的热处理状态及不同的热处理温度下组织与性能的转化情况。

采用金相光学显微镜观察其显微组织，并用X射线衍射仪分析30CrMnSiA组织中的物相变化，测量不同热处理条件下钢的性能。

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℃之间温度围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。

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。

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

淬透性能相同的钢调质到相同硬度时，抗拉强度基本相同，硬度与抗拉强度大致成直线关系。

各种成分的合金钢调质到各种硬度值时，硬度值为400HB（抗拉强度约为1400MPa）时，屈强比值最高，约为0.9，淬火状态

的组织对屈强比有很大影响。

调整增加钢材淬透性的合金元素的含量，可以得到相同的淬透性能，得到相同的抗拉强度和屈服强度。

因此，在选择合金元素时应优先选择增加淬透性能作用显著而价格较低的元素，如硼、锰、铬等。

但是合金元素不同的钢要调质到相同的硬度所采用的回火温度各不相同，即各种钢的抗回火性能不同。

淬透性能相同的钢调质到相同硬度时，抗拉强度和屈服强度虽基本相同，但是脆性破坏倾向差别很大，低温冲击试验尤为明显。

成分不同的钢调质后硬度与疲劳极限的关系不同。

硬度在35HRC以下时疲劳极限和硬度成直线关系，疲劳极限的波动围为130MPa。

硬度超过35HRC时，疲劳极限的波动围变宽。

如硬度为55HRC时，疲劳极限的波动围达380MPa。

2．调质零件硬度的确定

零件的淬透情况相同时，调质后的硬度即可反映零件的屈服强度与抗拉强度，因此零件图纸和技术条件一般只规定硬度数值。

只有很重要的零件才规定其他力学性能指标。

调质零件硬度的确定，必须考虑到制造工艺的要求和使用时的载荷条件。

从制造工艺考虑，希望零件在毛坯状态调质，而后进行切削加工和装配。

这样零件热处理时产生的变形和脱碳在以后的切削加工中加以消除。

但是采用这种制造程序的零件，其硬度不能过高，一般不超过300HB，个别的不超过350HB，否则对切削加工不利。

要求硬度更高的零件（如有的汽车半轴要求硬度为341～415HB，只能先切削加工，然后再进行调质处理，这时零件加热时应防止脱碳和变形，有时热处理后要增加校直工序。

小批量或单件生产的零件，切削加工所允许的硬度可以适当提高。

确定调质零件硬度时还必须考虑到生产的特点，小批单件生产的产品，不同零件可以选定不同的硬度，大批量流水生产的工厂希望大部分零件的硬度围一致或固定在几个硬度围，这对组织热处理生产有很大的方便。

从零件使用角度考虑，确定调质零件的硬度时要注意到零件的工作条件和零件的形状。

一般的讲，硬度值高，抗拉强度、屈服强度和光滑样品的疲劳强度都高，但是塑性指标降低，脆性破坏倾向和应力集中的敏感性增加，因此，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