王飛宇,王全振,杜 凱,鄒 鵬
(沈陽鼓風機集團股份有限公司,沈陽 １１０８６９)
摘 要:首先對１２Cr１３鋼鍛件進行了不同工藝的預熱處理,分析了預熱處理后材料的顯微組織及硬度;然后對預熱處理后的試樣進行了最終熱處理,并對１２Cr１３鋼的預熱處理工藝參數進行了優化.結果表明:經過７９０ ℃×２h正火預熱處理后材料的硬度適合機加工,且最終熱處理后的力學性能符合設計要求;１２Cr１３鋼鍛件選取該預熱處理工藝用于生產,可以達到節約能源、提高生產效率的目的.
關鍵詞:１２Cr１３鋼;預熱處理;工藝參數;力學性能;顯微組織
中圖分類號:TG１６１;TG１４２．７１ 文獻標志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１７)０６Ｇ０４２８Ｇ０３
OptimizationofPreＧheatTreatmentProcessParametersof１２Cr１３Steel
WANGFeiyu,WANGQuanzhen,DUKai,ZOUPeng
(ShenyangBlowerWorksGroup,Shenyang１１０８６９,China)
Abstract: Firstly,the １２Cr１３ steel forgings were preＧheated under different processes,and the
microstructureandhardnessafterpreＧheattreatmentwereanalyzed．Then,thefinalheattreatmentwascarriedout
tothepreＧheatedsamples,andthepreＧheattreatmentprocessparametersofthe１２Cr１３steelwereoptimized．The
resultsshowthatthehardnessofthesteelafter７９０ ℃×２hnormalizationtreatmentwassuitableformachining,
andthemechanicalpropertiesofthesteelafterfinalheattreatmentmetthedesignrequirements．AdoptingthispreＧ
heattreatmentprocesstotreat１２Cr１steelforgingscouldsaveenergyandincreaseproductionefficiency．
Keywords:１２Cr１３steel;perheattreatment;processparameter;mechanicalproperty;microstructure
１２Cr１３鋼屬于馬氏體型不銹鋼,具有較高的淬透性[１],經淬火、回火后具有較高的強度、韌性,良好的耐蝕性和機加工性能,一般用于制造要求強度、塑性及韌性配合較好的零部件[２].某公司生產的該鋼主要用于制造壓縮機葉輪、轉子等零部件.
在生產 過 程 中,鍛 件 進 廠 的 １２Cr１３ 不 銹 鋼,其硬度高、組織不均勻,不利于機加工及后續熱處理,所以在實 際 生 產 過 程 中 均 會 對 鍛 造 狀 態 的 毛坯料進行預熱處理.預熱處理的作用主要是降低材料硬度,均勻化鍛后組織,方便后續機械加工以及提高最 終 熱 處 理 產 品 的 合 格 率.為 此,筆 者 對１２Cr１３鋼的預熱處理工藝參數進行了優化,以供生產實踐參考.
１ 試樣制備與試驗方法
１．１ 試樣制備
試驗材料為國內某鋼廠生產的１２Cr１３鋼鍛造毛坯,其化學成分見表１.
將 毛 坯 鍛 件 切 成 １８ 個 試 樣,分 成 ６ 組,每 組３個試樣,進行不同工藝的預熱處理試驗,最終所得
結果為每組３個試樣的平均值.預熱處理及最終熱處理工藝參數如表２所示.
１．２ 試驗方法
對預熱處理后的試樣進行金相檢驗及硬度試驗,金相檢驗在 Axiovert２００ MAT 型光學顯微鏡上進行;硬度試驗在 THBCＧ３０００DA 型布氏硬度計上進行,試驗結果取３次測試的平均值,對硬度符合機加工要求的試樣繼續進行最終熱處理.對最終熱處理試樣進行金相檢驗、室溫拉伸試驗和沖擊試驗,室溫拉伸試驗依據 GB/T２２８．１－２０１０«金屬材料
拉伸試驗 第１部分:室溫試驗方法»在 RSA２５０拉伸試驗機上進行,試驗結果取３個試樣的平均值;采用夏比 U 形 缺 口 標 準 試 樣 依 據 GB/T２２９－２００７«金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法»在JWBＧ３００型沖擊試驗機上進行,試驗結果取３個試樣的平均值.
２ 試驗結果與討論
２．１ 預熱處理后的硬度
１２Cr１３鋼經過表２所示工藝預熱處理后,硬度試驗結果如表３所示.
由表３可見:對比１號原始狀態試樣的硬度,６號試樣經過預熱處理后,硬度仍然過高,機加工硬度要求≤２２０ HB,因此不適宜機加工,所以１號和６號試樣不再進行最終熱處理;其余２~５號試樣的硬度符合機加工要求,所以繼續進行后續的最終熱處理試驗.
２．２ 預熱處理后的顯微組織
圖１為１２Cr１３鋼原始鍛件狀態下的顯微組織形貌,可以看出顯微組織為粗大的針狀馬氏體以及少量鐵素體.圖２為６號試樣預熱處理后的顯微組織形貌,可見相較于１號試樣其顯微組織未發生明顯改變,但晶界處有黑色顆粒物析出,一般認為該顆粒物為碳化物[３],因為晶界處有該種碳化物的析出,所以導致１２Cr１３鋼的硬度比較高,不適宜進行機械加工.圖３~６分別為２~５號試樣預熱處理后的顯微組織形貌,可見４號和５號試樣的組織最為粗大,為保留馬氏體位相的回火索氏體,而２號和３號試樣的顯微組織較為細密,為保留了原始鍛件狀態的針狀馬氏體.
２．３ 最終熱處理后的力學性能
２~５號試樣經過最終熱處理后的力學性能如表４所示.從表４可以看出:不同的預熱處理工藝對材料最終的沖擊吸收能量影響最為明顯,對其他力學性能指標的影響不明顯;最終熱處理所有試樣的力學均滿足公司技術要求,因此應從節能和提高效率方面考慮.
２．４ 最終熱處理后的顯微組織
圖７為２~５號試樣經過最終熱處理后的顯微組織形貌.從表４的力學性能試驗結果可以看出,預熱處理工藝對１２Cr１３鋼最終熱處理后的力學性能影響不大,但不同試樣的顯微組織還是有很明顯的差別,雖然均為回火索氏體[４],但是２號和３號試樣最終熱 處 理 后 的 組 織 較 為 細 密,這 也 是 ２ 號 和３號試樣沖擊吸收能量較高的原因;而 ４ 號 和 ５ 號
試樣最終熱處理后的組織較為粗大,所以沖擊吸收能量較低.
３ 結論
(１)不同的預熱處理工藝對１２Cr１３鋼力學性能中沖擊吸收能量的影響最大,其中經過正火預熱處理的材料最終熱處理后的沖擊性能明顯高于退火預熱處理的,因此當零部件對沖擊性能要求較高時,建議采用正火工藝進行預熱處理.
(２)經過不同預熱工藝處理的１２Cr１３鋼最終熱 處理后的力學性能指標均可以達到設計要求,但場中１mm２ 面積內的晶粒數等于 NAE 的１５．５倍,那么 NAE為７．０,再根據式(２),可以計算出該試樣的晶粒級別指數G＝３．８.
試驗用鋁合金試樣晶粒級別指數,采用標準推薦的截距法的計算結果為G＝３．８±０．５.通過比較可見,采用平面晶粒計算法使用iTEM 軟件計算的結果,與該試樣的標準值符合良好.
３ 結論
鋁合金晶粒級別指數的測定,無論是采用比較法、平面晶粒計算法,還是截距法,都需要考慮到真實倍率的問題.比較法需要與標準圖片進行對比,結果只能保留整數,不確定度較大.后兩種方法需要在顯微鏡的毛玻璃片上劃圓或直線,操作起來不方便,而且當晶粒級別指數較大時,晶粒數過多會造成計數的極度不便,甚至錯誤.iTEM 軟件具備強大的測量功能,可以很方便地計數.無論金相圖片的實際倍率是多少,都能通過改變標尺的名義尺寸,使圖片在名義上處于１００倍,然后直接根據晶粒級別指數的定義公式,無需對比和查閱標準中的表格數據,就能獲取到準確、可靠的晶粒級別指數測定結果.