复合热处理对CrWMn钢组织的影响

时间：2013-06-08 17:18:49 来源：作者：

内容摘要:摘要：研究了CrWMn钢经复合热处理后的组织变化。结果表明，采用790℃/680℃循环球化退火可代替常规等温球化退火，并能缩短球化退火周期，节约能源。采用高温固溶处理加790℃/680℃循环球化退火，可获得高弥散度碳化物，使CrWMn钢的最终组织得到改善，强韧性明显提高。复合热处理。

摘　要：研究了CrWMn钢经复合热处理后的组织变化。结果表明，采用790℃/680℃循环球化退火可代替常规等温球化退火，并能缩短球化退火周期，节约能源。采用高温固溶处理加790℃/680℃循环球化退火，可获得高弥散度碳化物，使CrWnMn钢的最终组织得到改善，强韧性明显提高。
关键词：CrWMn钢；复合热处理；球化退火；显微组织

1　前言
CrWMn钢可用于制造各种形状复杂的冷挤压模和冲裁模，具有较高的淬透性，淬火和低温回火后具有较高的硬度和耐磨性。但经常规热处理后此钢易形成网状碳化物，在模具的受力部位形成开裂和剥落。模具的失效主要是由磨损、强度和韧性不足而造成的。本文拟通过适当的复合热处理来改善CrWMn钢的组织，提高其强度和韧性，以获得较好的综合性能。
2　试验过程
试验用CrWMn钢为40mm棒材，为淬火＋低温回火态，硬度58HRC。其主要化学成分见表1。

表1　CrWMn钢的主要化学成分(质量分数)　w(%)
元素CCrWMnSi 含量0．90～
1．050．90～
1．201．20～
1．600．8～
1．100．15～
0．35

对CrWMn钢的复合热处理分为两个步骤，一是预处理，二是淬火＋低温回火。预处理工艺见图1。

图1　CrWMn钢预处理工艺
(a)　常规退火(b)　等温球化退火
(c)　循环球化退火(d)　高温固溶＋循环球化退火

CrWMn钢经不同工艺预处理后，选择组织形态、分布较好的试样，在不同温度条件下进行淬火＋低温回火的最终热处理，观察其组织形态与分布，测定硬度变化。最终热处理工艺见图2。

图2　CrWMn钢淬火＋回火工艺

3　试验结果及分析

图3为CrWMn钢经不同预处理工艺处理后的显微组织照片，CrWMn钢经常规退火后的硬度为180～190HB，经图1所示热处理工艺处理后为180～200HB。

图3　CrWMn钢预处理后组织
(a)　常规退火(b)等温球化退火(c)　循环球化退火(d)　固溶＋循环球化退火

由图3可看出，经常规退火处理后的CrWMn钢组织中碳化物呈片状分布；经810℃等温球化退火处理后，碳化物呈不规则的颗粒状分布在铁素体基体上，分布不均匀；经790℃/680℃3次循环球化退火处理后，颗粒状碳化物尺寸变小，分布较为均匀；经1050℃固溶加790℃/680℃3次循环球化退火处理后，碳化物呈细小颗粒状析出且弥散程度高。

从工艺上看，在获得相同硬度情况下，用790℃/680℃3次循环球化退火，不仅可代替830℃等温球化退火，而且能改善组织中碳化物的形态和分布、缩短球化退火时间，节约能源。这是因为循环球化退火在Ac1(750℃)以上加热保温过程中，片状珠光体中的碳化物从尖角处溶解破断，而在Ar1(710℃)以下保温过程中，在原片状碳化物的平面处析出颗粒状碳化物，从而加速了CrWMn钢球化过程的进行，改善了碳化物的形态和分布。在1050℃高温条件下，CrWMn钢中大量难溶的W、Cr等合金元素的碳化物溶入奥氏体中，经油淬后得到马氏体或下贝氏体组织，在随后进行的790℃/680℃循环球化退火过程中，则会弥散地析出点状的W、Cr的碳化物。

因此，对于一般要求的CrWMn钢，采用790℃/680℃3次循环球化退火工艺，既可满足组织和硬度的要求，又能提高生产率，降低能耗；而对要求较高的可选用1050℃高温固溶加790℃/680℃3次循环球化退火的预处理工艺。

图4为经1050℃固溶加790℃/680℃3次循环球化退火处理后，经不同温度油淬低温回火后的CrWMn钢的显微组织。

图4　CrWMn钢不同温度淬火＋低温回火后组织
(a)　790℃淬火＋200℃回火(b)　830℃淬火＋200℃回火(c)　870℃淬火＋200℃回火(d)　900℃淬火＋200℃回火

4 结论

(1)　对CrWMn钢采用790℃/680℃　3次循环球化替代常规退火、等温球化退火，不仅可以改善其组织状态和性能，而且还可以提高热处理生产率，降低能耗。
(2)　1050℃固溶加790℃/680℃　3次循环球化退火，可进一步改善CrWMn钢的组织状态分布，提高其性能。
(3)　经1050℃固溶加790℃/680℃　3次循环球化退火处理后，再经830℃油淬200℃回火处理，CrWMn钢组织均匀而细小，碳化物弥散程度高，其耐磨性和综合性能好。■

作者简介：陈文华(1963—)，男，硕士，讲师。主要研究方向为金属表面改性及金属材料焊接。联系电话：025-4892912(O)
作者单位：陈文华(南京航空航天大学，南京210016)

参考文献：
［1］蒋修治译.模具钢热处理［J］．模具技术，1994(1)．
［2］蔡　繤等．低温快速球化处理［J］．金属热处理，1992(4)：8～11．
［3］满　波．高碳钢和轴承钢的周期球化退火工艺［J］．金属热处理，1993(6)：43～44．

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