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1、热处理条件对 30CrN Mi莫立华徐全礼齐瑞昌毕敬李东(中国科学院金属研究所 沈阳 110015)oV 钢力学性能的影响徐勇(沈阳市锅炉与压力容器检验所 沈阳 110031)研究了不同热处理条件对 30C rN iM oV 高强钢力学性能的影响。实验结果表明, 淬火温摘 要度为 860 920C , 回火温度为 550 600C 时, 该钢的低温冲击韧性、断裂韧性和抗拉强度可获良好的匹配。 疲劳裂纹扩展速率在稳定扩展区对组织结构不敏感, 而在门槛区或近门槛区, 则对组织 结构敏感。主题词 淬火温度回火温度力学性能冲击韧性E F F EC T O F H EA T T R EA TM EN T
2、 CON D IT ION S ON M ECHA N ICA LPRO P ER T Y O F 30C rN iM oV ST E ELM o L ihuaXu Quan l i Q i Ru ichan gB i J in L i D on g( In st itu te o f M e ta l R e sea rch , C h ine se A cadem y o f Sc ience s)Xu Y on g(Sh enyang In st itu te o f Bo ile r and P re ssu re V e sse l D e tec t)A bstra c tT h
3、e inf luence o f h ea t t rea tm en t co nd it io n s o n m ech an ica l p rop e r ty o f 30C rN iM oV stee l w a sinve st iga ted. T h e re su lt s show th a t be t te r com b ina t io n o f low tem p e ra tu re im p ac t to ugh ne ss, f rac tu re to ugh ne ss and ten sile st reng th can be o b ta
4、ined by quench ing a t be tw een 860C and 920C and tem p e r ing a t f rom 550C to 600C. F a t igue c rack g row th ra te is in sen sit ive to th e m ic ro st ruc tu re in m id2range, bu t is sen sit ive in th e nea r2th re sho ld and th re sho ld reg io n.Keyword s Q uench ing tem p e ra tu re T em
5、 p e r ing tem p e ra tu re M ech an ica l p rop e r ty Im p ac t to ugh ne ss30C rN iM oV 钢是一种淬火回火钢, 强度级别达到 1200 1400M P a, 用 该 钢 制 造 气 瓶, 符 合550C , 600C 和 650C , 保温时间均为 2h , 淬火温度为900C。力学性能试验用 5mm 的标准试样, 冲击韧性2 标准规定。 该钢曾被用于制造火炮, 但ISO 9809-该钢的有关研究报告还未见报道, 因此系统地研究不同热处理条件对其力学性能的影响规律, 可为今 后汇编手册和用该钢制造气瓶制
6、定合理的热处理工艺和规程作准备。试 验 用 10mm 10mm 55mm的 标 准 试 样, 并 按GB /T 229- 1994金属夏比冲击试验方法进行, 试验温度分别为 25C , 0C , - 20C 和- 50C。 测量疲 劳裂纹扩展速率和门槛值用 C T 试样, 试样尺寸和疲劳裂纹扩展试验方法将在其他论文中论述。试验材料与试验方法试 验所用材料的化学成分 (w /% ) 为 0. 32 C ,0122 S i, 0. 66 M n , 1. 06 C r, 1. 62 N i, 0. 75 M o , 0. 14V , 0. 006 P , 0. 0072 S。 研究淬火温度对其力学
7、性能的影响时, 淬火温1试验结果22. 1淬火温度与力学性能的关系不同淬火温度条件下, 30C rN iM oV 钢的力学性 能见表 1。 淬火温度与力学性能的关系见图 1。从实验结果可以看出, 淬火温度对抗拉强度的 影响近似于线性关系。随着淬火温度的升高, 抗拉强度 b 几乎呈直线上升, 当淬火温度超过 920C 后,抗拉强度变化不明显。另一方面, 随着淬火温度升度 分 别 为760C , 800C , 840C , 880C , 920C和960C , 保温 30m in , 而回火温度均为 600C , 回火时间为 2h; 研究回火温度对其力学性能的影响时, 回 火 温 度 分 别 为
8、300C , 350C , 400C , 450C , 500C ,345工艺与性能莫立华等: 热处理条件对 30C rN iM oV 钢力学性能的影响表 1淬火温度与力学性能的关系淬火温度 t/Cb /M P a0. 2 /M P a0. 2 /b/%H R C76080084088092012501270129013101320117011901210122012100. 9360. 9370. 9380. 9310. 91616161515154242444345 960 1320 1190 0. 901 14 44 注: 表中数据为 3 个试样的平均值。图 2 回火温度与力学性能的关系
9、2. 3回火温度与冲击韧性的关系不同回火温度对冲击韧性的影响结果示于表3。图 3 是回火温度对冲击韧性影响的关系曲线。由 图 3 可以看出, 随着回火温度的升高, K 值亦提高,当回火温度超过 500C 时, K 值迅速提高。 从图 2中还可以看出, 要使材料热处理后在- 50C 下 K值超过 60J /cm 2 , 则回火温度必须超过 550C。图 1 淬火温度与力学性能的关系曲线表 3回火温度与冲击韧性的关系回火温度t/CK /J cm- 2高 0. 2 亦提高, 但淬火温度超过 880C 后, 0. 2 反而降低。 淬火温度小于 880C 时, 0. 2 /b 的比值都较高,超过 0.
10、93, 进一步提高淬火温度, 其比值呈下降趋 势。淬火温度对伸长率和硬度的影响并不明显, 在 所进行试验的淬火温度范围内, 其变化是很小的。2. 2 回火温度与力学性能的关系不同回火温度条件下的力学性能示于表 2。 回 火温度与力学性能的关系曲线见图 2。 从图 2 可以发现, 随着回火温度的升高, b 和 0. 2 均降低。 当回 火温度在 500 600C 范围内时, b 和 0. 2 变化不太 明显, 特别是在 550 600C 时, 强度几乎不发生变化。 但进一步升高回火温度时, 强度却急剧降低。25C0C20C50C-300400500600650606473901105358678
11、010345495873943740506584注: 表中数据为 5 个试样的平均值。表 2回火温度与力学性能的关系回火温度 t/Cb /M P a0. 2 /M P a0. 2 /b/%H R C300350400450500550600163015401480141013501310131015001440138013201260123012200. 9200. 9350. 9320. 9360. 9330. 9390. 9311212131315151548484745454343图 3 回火温度与冲击韧性的关系2. 4回火温度与裂纹扩展速率的关系疲劳裂纹亚稳定扩展速率规律可用 P a
12、r is 公式描述1da 650 1120 1010 0. 902 18 41 = C ( K ) mdN注: 表中数据为 3 个试样的平均值式中 C 和 m 是材料常数。不同回火温度条件下测得346莫立华等: 热处理条件对 30C rN iM oV 钢力学性能的影响表 4不同回火温度下的 C 和 m 值回火温度 t/CP a r is 公式K th /M P am 1/2Cm4. 4310- 112. 4810- 111. 6810- 118. 9410- 12da /dN = 4. 4310- 11 ( K ) 3. 18da /dN = 2. 4810- 11 ( K ) 3. 05 d
13、a /dN = 1. 6810- 11 ( K ) 2. 98 da /dN = 8. 9410- 12 ( K ) 2. 853004005006003. 183. 052. 982. 854. 56. 17. 98. 5的 C 和 m 值示于表 4, 并给 出 相 应 的 P a r is 公 式。物逐渐集聚并长大, 对位错运动阻碍作用大大减弱,30C rN iM oV 钢经不同温度回火后, 其 m值为 2. 85使 抗拉强度 b 急剧降低。 所以 30C rN iM oV550 600C 回火, 可获得较稳定的强度值。3. 2. 2回火温度对材料冲击韧性的影响钢在 3. 18, 变化不明显。 这表明, 在疲劳裂纹稳定扩展区, 疲劳裂纹扩展速率对组织结构不敏感。而回火温 度从 300C 提高到 600C , 疲劳裂纹扩展门槛应力 强度值从 415M P a m 1/2 提高到 8. 5M P a m 1/2 , 变 化很显著。 可见, 在门槛区或近门槛区, 疲劳裂纹扩 展速率对组织结构是敏感的。从实验结果可以看出, 低温回火时, 由于产物相有马氏体 (回火马氏体) 2 , 其屈服强度很高, 降低了 材料的冲击韧性。随着回火温度提高到 500C , 马
