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热处理对5cr8movsi组织及硬度的影响
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:472

热处理对5cr8movsi组织及硬度的影响 

 

5cr8novsi钢是近年来我国应用较多的新钢种,主要用于耐冲击性工模具和薄刃刀具上。但是,目前对5cr8movsi钢的热处理工艺研究较少,所生产的工模具常发生硬度不高和断裂失效现象。因此,本文较详细地研究了5cr8movsi钢热处理工艺对硬度和组织结构的影响。
实验材料成分如表1所示。试样退火、淬火、回火均在坩埚电阻炉中进行,淬火采用油介质冷却。用d/maxⅲa x射线衍射仪分析相结构和残余奥氏体量,定量金相法测量奥氏体晶粒数、碳化物体积分数及尺寸、马氏体尺寸,jxa-733电子探针分析显微组织和成分。
表1 工模具钢5cr8movsi化学成分/%
c mn si cr mo v s p
0.55 0.45 0.72 8.13 1.38 0.45 ≤0.02 ≤0.03
2.1 退火
试样经840℃退火硬度为hb218,退火显微组织为球状珠光体。碳化物的平均尺寸为0.94µm,体积分数约为0.32。碳化物相以m23c6,为主,其次有m7c3和mc。
2.2淬火
淬火实验温度为880℃、900℃、930℃、950℃、1000℃、1050℃。随淬火温度升高,淬火硬度升高。1000℃淬火时,硬度为hrc60;1050℃淬火时,硬度为hrc60.3。 淬火组织为马氏体、剩余碳化物和残余奥氏体。在950℃淬火时,马氏体由针状马氏体和板条状马氏体组成,针对马氏体的比例较大,剩余碳化物呈小颗粒状或点状分布;1000℃淬火时马氏体仍然由针状马氏体和板条状马氏体组成,剩余碳化物呈点状分布,残余奥氏体夹在马氏体针或板条之间;1050℃淬火时,马氏体以板条状马氏体为主,只有少量的针状马氏体(<10%),残余奥氏体量增多,剩余碳化物极少,尺寸也更小。金相分析表明:随温度程式高,奥氏体晶粒度变大,马氏体针变长,剩余碳化量减少,,淬火试样残余奥氏体量随淬火温度升高而升高,1000℃淬火时,残余奥氏体量约10%。奥氏体晶粒尺寸随淬火温度升高而升高,淬火马氏体板条或针状尺寸也与晶粒度尺寸对应。
表2 工模具钢5cr8movsi淬火温度对奥氏体晶粒度、残余奥氏体、马氏体和剩余碳化物的影响
淬火温度/℃ 奥氏体晶粒度/µm 残余奥氏体量/% 淬火马氏体 剩余碳化物形态尺寸/µm 体积分数 尺寸/µm
900 6.3 - 针状 少数板条状 6 0.12 1.5
930 8.4 - 6 0.10 1.0
950 9.3 5.38 - 6 0.09 0.9
1000 11.3 10.74 板条状 针状 11 0.08 0.6
1050 24.4 12.28 板条状 少量针状 24 0.04 0.3
相分析表明,淬火试样以a'马氏体为主要相,其次是残余奥氏体g’,剩余碳化物为m7c3、mc,并有微量的。与退火碳化物相分析对照后可知,在1000℃淬火时,m23c6大部分溶解,而原来少量的m7c3和mc型碳化物因难于溶解,成为主要剩余碳化物。
2.3回火
回火温度小于380℃时,随回火温度升高,回火硬度降低。在此区间,主要是马氏体分解过程,马氏体含碳量降低,马氏体晶体结构的正方度(c/a)下降。在480-500℃回火,有明显的二次硬化现象。485℃回火最高硬度为hrc58,比淬火硬度低2hrc左右。二次硬化主要是mc(vc)沉淀硬化的效果。 随回火温度升高,残余奥氏体量减少。只通过一次回火残余奥氏体分解较少,通过三次回火残余奥氏体量可降低到6%左右。
工模具钢5cr8movsi碳含量为0.55%,淬火马氏体形态为板条状和针状。在较低的温度下淬火时,剩余碳化物量较多,在靠近碳化物的奥氏体区中,因碳化物溶解过程中碳的扩散呈梯度分布,因此,有局部高碳区。局部高碳区在冷却过程中转变成针状马氏体,其亚结构是孪晶。在较高的温度下淬火,剩余碳化物主要是少量的vc和m7c3,溶解速度很慢,因此大部分奥氏体区域碳含量均匀化,尽管此时奥氏体平均碳含量高,但是相对于高碳奥氏体来说,其含量还是低的。所以在较高温度淬火时,板条马氏体比例增大。板条马氏体比针状马氏体韧性高,因此,该钢可以在较高的温度下淬火。但板条在300-400℃回火时,因析出的碳化物沿板条分布,会显示出回火脆性。所以,在较高的温度下淬火,获得以板条状马氏体为主的显微组织时,应避开回火脆性区,或者以较高温度回火(450-520℃),或者在较低温度回火(150-250℃)。如果需较低的回火硬度,则应提高回火温度(520℃以上)方能避开回火脆性区。不过此时需要严格控制回火制度,否则,回火硬度会随回火温度变动发生很大的变化。另外,对残余奥氏体量要求降低至最小的薄刃工模具,淬火后应进行二次回火或三次回火。
  1. 工模具钢5cr8movsi840℃退火,硬度为hb218,碳化物颗粒平均尺寸为0.94µm,碳化物体积分数为0.32,碳化物类型以m23c6为主,并有少量的mc和m7c3
  2. 工模具钢5cr8movsi合适的淬火温度为980-1050℃,最高硬度为hrc60-61。随淬火温度升高,由板条状和针状马氏体组织过渡到以板条状马氏体为主。剩余碳化物以mc和m7c3为,m23c6型碳化物在淬火时大部分溶解。
  3. 工模具钢5cr8movsi仅通过一次回火,残余奥氏体量减少不大,因此,应进行二次或三次回火。在480-510℃回火,有二次硬化现象,回火硬度可升到hrc58-60。



 

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