分享：热处理工艺对16Mn钢锻件显微组织和 力学性能的影响

摘 要:摘用热处置试验、拉伸试验、冲击试验、金相查验和断口阐发等办法,阐发了热处置工艺 对16Mn钢锻件的显微组织和力学性能的影响。成果表白:在不异正火温度下,跟着正火冷却速度 的进步,16Mn钢锻件的抗拉强度、让步强度和硬度均呈上升趋向,断后伸长率呈下降趋向,断面收 缩率改变不明显,-20 ℃冲击吸收功均高于原则值(不小于41J);在920 ℃正火前提下,16Mn钢 锻件的综合力学性能更优;在不异正火温度下,摘取水冷体例停止冷却后,16Mn钢锻件的综合力 学性能优于其他两种冷却体例(喷淋、空冷)获得的锻件综合力学性能;在920 ℃正火+水冷前提 下,16Mn钢锻件的综合力学性能更优,其组织为贝氏体+少量铁素体。

关键词:热处置工艺;16Mn钢;锻件;显微组织;力学性能

中图分类号:TG115 文献标记码:A 文章编号:1001-4012(2022)03-0006-04

16Mn钢是最常见的压力容器锻造素材之一。 在压力容器消费过程中,通过成分设想和冶炼、热处 理等工艺参数调整能够掌握素材的成分、组织和性能,最末到达进步素材综合性能的目标[1-3]。在日常 检测中,因为影响因素较多,16Mn钢产物的力学性 能检测成果随便呈现反常,招致阐发时间较长,进而 影响产物的造造周期。目前,研究16Mn钢锻件的 热处置轨制的相关文献较多,而研究差别热处置工 艺下16Mn钢锻件的力学性能和显微组织的相关报 道较少。笔者摘用热处置试验、拉伸试验、冲击试验 和金相 检 验 等 方 法,研 究 了 不 同 热 处 理 工 艺 下 16Mn钢锻件的显微组织和力学性能,以期为16Mn 钢的理论研究和现实消费供给参考。

1 试验素材与办法

试验用素材为16Mn钢锻件(供货态为正火), 其化学成分见表1。根据造定的热处置工艺(表2), 摘用高温箱式电阻炉对16Mn钢锻件停止热处置, 在室温下将样坯拆于炉内,然后按设定的速度升到 保温温度,保温必然时间。在正火处置时,别离摘用 水冷、喷淋及空冷等3种冷却体例。

摘用 CMT5305型微机掌握电子全能试验机,对试样停止拉伸试验,试样规格为?10mm,每组设 置3个平行试样,取均匀值。摘用 ZBC2602N-3型 夏比摆锤冲击试验机,对试样停止冲击试验,试样尺 寸 为 10 mm ×10mm×55 mm,试 验 温 度 为 -20 ℃,每组设置6个平行试样。摘用 THBS3000E 型布氏硬度试验机,对试样停止硬度测试,加载力为 7.355kN,保载15s。摘用 GX51型光学显微镜,对试 样进 行 金 相 检 验。摘 用 JSM-IT300 型 扫 描 电 镜 (SEM)看察试样的冲击断口描摹。

2 试验成果

2.1 差别热处置工艺下16Mn钢锻件的力学性能

由表3 可 见:3-3 号 试 样 的 抗 拉 强 度、屈 服 强 度、硬度,3-1号试样的抗拉强度以及4-3号试样的 让步强度均不称心 NB/T47008-2017《承压设备 用 碳素钢和合金钢锻件》原则对16Mn钢锻件的手艺要求,其他试样的力学性能均契合原则要求。

由图1可见:在不异正火温度下,跟着正火冷却 速度的进步,试样的抗拉强度、让步强度和硬度均呈 现上升趋向,断后伸长率呈下降趋向,断面收缩率的 改变不明显;-20 ℃冲击吸收功均高于原则值(不 小于41J);16Mn钢锻件在920 ℃正火前提下得到 的综合力学性能更优。

2.2 差别热处置工艺下16Mn钢锻件的显微组织

由图2可见:2-1号试样(920 ℃正火+水冷)的 显微组织为平均的贝氏体回火组织+少量铁素体; 2-2号试样(920 ℃正火+喷淋)的显微组织为贝氏 体回火组 织 + 魏 氏 组 织 (铁 素 体 型);2-3 号 试 样 (920 ℃正火+空冷)的显微组织为块状铁素体+魏 氏组织(铁素体型)+珠光体组织。

2.3 差别热处置工艺下16Mn钢锻件的冲击断口 描摹

由图3可见:2-1号试样(920 ℃正火+水冷)冲 击断口有大量韧窝;2-2号试样(920 ℃正火+喷淋) 和2-3号试样(920 ℃正火+空冷)冲击断口均为解 理断口描摹。

3 阐发与讨论

在不异正火温度下,摘用差别冷却体例冷却后, 16Mn钢锻件的综合力学性能呈现差别,从高到低 对应的冷却体例依次为水冷、喷淋、空冷。摘用空冷 体例对16Mn钢锻件停止冷却时,因为奥氏体的过 冷度较小,改变温度较高,元素的扩散才能较强,奥 氏体具备发作扩散性相变的前提,所以在该前提下 得到的显微组织为铁素体+珠光体。摘用水冷体例 停止冷却时,冷却速度较大,奥氏体中碳原子和铁原 子的扩散速度较弱,构成半扩散、半切变型的中温转 变 产品,即贝氏体。贝氏体组织中,存在较多的位错,强度较 高,且 基 体 中 分 布 有 细 小、弥 散 的 碳 化 物[4-5]。因而,摘用水冷得到的16Mn钢锻件的综合 力学性能更优。

当正火温度较低时,微量元素的固溶和弥散进 行得不敷够,晶粒细化关于强度和硬度起次要感化。 当正火温度较高时,晶界弱化,晶粒和弥散的碳化物 均有长大倾向,此时细晶强化和弥散强化的感化不 明显,次要是固溶强化对强度和硬度起次要感化。 在920 ℃正火时,弥散强化、固溶强化、细晶强化达 到更优的平衡形态,16Mn钢锻件在该温度下停止 正火处置后得到的综合力学性能更优。

16Mn钢锻件在920 ℃正火+喷淋或空冷前提 下得到的组织中均有魏氏组织(铁素体型),故其冲 击吸收功低于920℃正火+水冷前提下的冲击吸收 功,但其冲击吸收功仍高于 NB/T47008-2017标 准对16Mn钢锻件的手艺要求,那是因为针片状魏 氏组织内存在精巧构造,即小块状亚晶粒,比等轴状 铁素体具有较高的位错密度[6]。根据位错塞积理 论,在位错运动受阻时,会产生塞积,构成应力集中, 当应力集中水平大于素材的强度极限时会构成裂 纹[7]。铁素体内部的亚晶粒招致其晶界明显增加, 假设被阻塞的位错数必然,则铁素体界面的位错较 少,那可能是在 920 ℃ 正火 + 喷 淋 或 空 冷 条 件 下 16Mn钢锻件冲击性能较好的原因。

4 结论

(1)在不异正火温度下,跟着正火冷却速度的 进步,16Mn钢锻件的抗拉强度、让步强度和硬度均 闪现上升趋向,断后伸长率呈下降趋向,断面收缩率的改变不明显,-20 ℃ 冲击吸收功均高于原则值 (不小于41J)。

(2)在920 ℃ 正火前提下,弥散强化、固溶强 化、细晶强化到达更优的平衡形态,得到的16Mn钢 锻件的综合力学性能更优。

(3)在不异正火温度下,摘取水冷体例停止冷 却后,16Mn钢锻件的综合力学性能优于其他两种 冷却体例(喷淋、空冷)获得的锻件综合力学性能,其 组织为贝氏体+少量铁素体。

参考文献:

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文章来源 素材与测试网 期刊论文 理化查验－物理分册 58卷 3期 (pp:6-9)