热处理温度对高钒高速钢显微组织和硬度的影响

热处理温度对高钒高速钢显微组织和硬度的影响

李萍1,杜忠泽1,符寒光2,丰振军1

(1.西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055;2.北京工业大学材料科学与工程学院,北京100022)

摘　要:研究了淬火温度和回火温度对高钒高速钢显微组织和硬度的影响。结果表明:在空冷条件下,当淬火温度低于1040℃时,随着淬火温度的升高,钢的硬度逐渐升高;超过1040℃后,随着淬火温度的升高,其硬度又逐渐降低;同时随着淬火温度的升高,钢中碳化物的数量逐渐减少,马氏体不断粗化,而残余奥氏体含量逐渐增加;在1040℃淬火后,当回火温度低于500℃时,钢的硬度变化不明显;超过500℃后随着回火温度的升高,其硬度先升高,并在520℃时达到最高值,此后钢的硬度又逐渐降低;随着回火温度的升高,马氏体中弥散析出的碳化物数量逐渐增加并聚集长大,同时马氏体和部分残余奥氏体转变为回火马氏体。

关键词:高钒高速钢;显微组织;硬度;热处理

中图分类号:T G146.1 文献标志码:A 文章编号:100023738(2009)0620093203

E ffect of H eat T reatment T emperature on Microstructure and H ardness

of High V anadium High Speed Steel

L I Ping1,D U Zhong2ze1,FU H an2guang2,FENG Zhen2jun1

(1.Xiπan U niversity of Architect ure and Technology,Xiπan710055,China;

2.Beijing University of Technology,Beijing100022,China)

Abstract:The effects of quenching temperature and tempering temperature on the microstructure and hardness of high vanadium high speed steel(HV HSS)were investigated.The results show that with the increase of quenching temperature,the hardness of the steel first increased when the quenching temperatuive lower than1040℃and then decreased when the quenching temperature higher than1040℃.With the increase of quenching temperature,carbide in the microstructure decreased,martensite became coarsing and residual austenite increased.

With the increase of tempering temperature,the hardness of the steel had no obvious change when the tempering temperature lower than500℃,but when the tempering temperature higher than500℃,the hardness first increased and then decreased and reached a peak value at520℃.With the increase of tempering temperature, disperse carbides precipitated f rom the martensite gradurally and grew up together,and at the same time martensite and partial residual austenite transformed into tempered martensite.

K ey w ords:high vanadium high speed steel;microstructure;hardness;heat treatment

0　引　言

由于高钒高速钢会随钒含量的增多而形成大量的高硬度MC型碳化物,使其具有很好的耐磨性,从而使高钒高速钢轧辊的使用寿命比高铬铸铁轧辊

收稿日期:2008205207;修订日期:2008210216

基金项目:科技部“中小企业技术创新基金”资助项目(07C26215110842)

作者简介:李萍(1981-),女,陕西韩城人,硕士研究生。

导师:杜忠泽教授的提高数倍,因此,用高钒高速钢代替高铬铸铁制造轧机轧辊已成为目前的主要发展方向之一[1-2]。由于轧辊用高钒高速钢与传统高速钢在成分、制备工艺等方面存在着较大的差别,所以它的热处理工艺不能照搬传统高速钢的。尽管高钒高速钢轧辊己经开始用于实际生产,但热处理工艺对其组织与性能影响的研究尚不成熟,这限制了高钒高速钢轧辊的进一步开发和应用[3]。为此,作者研究了淬火温度、回火温度对高钒高速钢显微组织和硬度的影响,为高钒高速钢轧辊热处理工艺的制订提供参考。

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第33卷第6期2009年6月

机　械　工　程　材　料

Materials　for　Mechanical　Engineering

Vol.33　No.6

J un.　2009

1　试样制备与试验方法

高钒高速钢在250kg 碱性中频感应电炉中熔炼。加钒铁前预脱氧,钒铁在熔化后期加入,出炉前加入质量分数为0.2%的纯铝进行终脱氧。钢液出炉温度1580～1620℃,浇注温度1450℃。用水玻璃砂型浇铸出Y 型试块,用线切割机加工成15mm ×15mm ×25mm 的试样。试样的化学成分(质量分数/%)为2.0～2.8C ,4.0～8.0V ,5.0～10.0(W +Mo ),4.0～7.0Cr ,2.0～5.0Nb ,0.2～0.5Ti ,0.08～0115(RE +Mg )。将试样在DRZ 29型高温箱式炉中进行热处理,分别在980,1010,1040,1070和1100℃进行淬火,保温1h 后出炉空冷。取1040℃淬火试样,分别在400,500,520,540,560和580℃回火,为防止脱碳,在试样上覆盖铸铁屑。用HBRV 2187.5型洛氏硬度计测试硬度;用XQ 21型金相试样镶嵌机进行镶样,用L EICA 2MEF4A 型图像分析仪和MM5型光学显微镜观察显微组织。

2　试验结果与讨论

2.1　淬火温度对显微组织和硬度的影响

由图1可见,在空冷条件下,当淬火温度低于

1040℃时,随着淬火温度的升高,高钒高速钢的硬度逐渐升高;当淬火温度超过1040℃时,随着淬火温度的升高,硬度又逐渐降低,这与文献[4-5]的结果相似。因为高速钢淬火后的硬度除了取决于合金的组织外,还要由马氏体中饱和的碳和合金元素的含量及未转变的残余奥氏体含量决定。当淬火温度低时,奥氏体中溶解的碳和合金元素含量较少,淬火后马氏体中饱和的碳和合金元素含量也较少,故硬度相对较低;当淬火温度超过1040℃后,奥氏体中溶解的碳和合金元素含量过多,奥氏体稳定性增加,淬火冷却时来不及转变成马氏体,使组织中的残余奥氏体增

图1　不同温度淬火后高速钢的硬度

Fig.1　The effect of quenching temperature on the h ardness of H SS

多,导致硬度下降;在1040℃时,马氏体中饱和的碳含量、合金元素含量适中,残余奥氏体也达到合适程度,获得的硬度最高。

由图2可见,该钢在不同温度淬火得到的显微组织均为马氏体+碳化物+残余奥氏体。在低温淬火时,钢中的碳化物溶解不是很充分,因而组织中条块状及网状碳化物数量较多;而随着淬火温度的升高,碳化物溶解量逐渐增加,合金元素的扩散能力也逐渐提高,部分条块状碳化物发生溶断,提高了奥氏体中的合金元素含量,因而钢中的碳化物得到了细化,碳化物的尖角变得圆滑,网状碳化物断开[4],成为不连续网状和颗粒状。当淬火温度高于1040℃时,由于温度过高,碳化物数量大量减少,同时在淬火后组织中有较多的残余奥氏体。

由图2还可以看出,随着淬火温度的升高,钢中的马氏体组织也发生了明显粗化。

2.2　回火温度对显微组织和硬度的影响

由图3可见,当回火温度较低时(500℃

),马氏体中碳化物析出较少,组织变化不明显;在520℃回

火时,马氏体转变为回火马氏体,析出物均匀分布;但随着回火温度的继续升高,会使回火马氏体的位错密度降低,部分马氏体分解为渗碳体及硬度很低的铁素体[6],同时也使弥散碳化物开始聚集长大。

由图4可见,在低于500℃回火时,由于温度低,回火主要起消除淬火组织应力、

促使马氏体中过

(a)　980℃(b)　1010℃(c)　1040℃(d)　1100℃

图2　不同温度淬火后高钒高速钢的显微组织

Fig.2　The microstructures of HVH SS after quenching at different temperatures

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