快速循環GCr15SiMn相變對鋼組織和性能的影響
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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GCr15SiMn鋼硬度高、耐磨性好、淬透性較好，被廣泛應用于生產厚壁軸承套圈、大尺寸滾動體以及工模具。但該鋼韌性差，這常常導致惡劣服役環境中軸承的早期失效。細化晶粒既可以提高強度，又可以提高韌性，是實現鋼的強韌化最有效的途徑之一。本研究通過多次快速循環加熱+冷卻處理來細化GCr15SiMn鋼的組織，從而改善其沖擊韌性，提高其使用性能。
試驗用料取自Φ130mm的GCr15SiMn熱軋棒材，其化學成分列于表1。沿棒料軸向截取沖擊試樣毛坯。試樣先進行球化退火處理，為后續循環處理作組織準備。快速循環相變處理在Gleeble 1500D熱模擬試驗機上實現，處理工藝為以20℃/s升溫至830℃保溫2min，空冷，受試驗設備條件限制，加熱部位限于試樣長度方向中部約1cm區域。循環次數分別設為1、2、3、4次，每種工藝制度做2支平行試樣。試樣處理完畢后立即進行低溫回火以消除內應力。此外，試驗還設計了1組采用常規淬、回火處理（830℃×30min油淬+155℃×2h）的試樣，以供對比。熱處理后，將試樣加工成10mm×10mm×55mm標準夏比U形缺口的沖擊試樣，利用VH-5型魏氏硬度計進行硬度測試，在JBN-300B型沖擊試驗機上進行沖擊試驗，在HITACH S-4300型掃描電鏡上觀察斷口微觀形貌，斷口切平后將處理部位橫截面制成金相試樣，利用Olympus GX51型金相顯微鏡進行組織觀察，利用SISC IAS 8.0金相圖像分析軟件進行碳化物的粒度分析以及晶粒尺寸的統計。
表1 試驗鋼的化學成分（質量分數，%）
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C
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Cr
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Si
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Mn
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S
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P
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O
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Ti
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0.97
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1.48
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0.62
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1.10
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0.0015
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＜0.005
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0.0004
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0.0027
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結果表明：
（1）采用830℃×2min的快速循環相變處理可以使GCr15SiMn鋼的組織均勻，晶粒細化1～2級，沖擊韌性提高40%～130%，2次以上的處理可使硬度達到或超過常規淬、回火處理的硬度水平。
（2）GCr15SiMn鋼的循環次數以不超過3次為宜，循環4次時會發生晶粒粗化現象。