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理化知识:如何处理混晶及晶粒粗大问题

2018-11-04 07:02 9

晶粒度是表示金属材料晶粒度大小的程度。一般情况下,晶粒细化可以提高金属材料的屈服点、疲劳强度、塑性和冲击韧度,降低脆性转变温度。

影响晶粒大小的主要因素

①加热温度。加热温度越高,保温时间越长,晶粒长大的倾向越大。

②机械阻碍物。一般来说,金属的晶粒随着温度的升高不断长大,几乎成正比关系。但是,也不完全如此,有时候加热到较高温度时,晶粒仍很细小,可以说没有长大,而当温度再升高一些时,晶粒突然长大。并且有些材料,随加热温度升高,晶粒分阶段突然长大。一般称前一种长大方式为正常长大,后一种为异常长大。金属异常长大的原因是金属材料中存在机械阻碍物,对晶界有钉札作用,阻止晶界的迁移。

③变形程度和变形速度。变形程度对晶粒大小的影响的规律总的来说,随着变形程度由小到大,晶粒尺寸由大变小,但是晶粒大小有两个峰值,即出现两个晶粒区,第一个大晶粒区叫做临界变形区。不同材料和不同变形温度的临界变形程度的大小不一样,临界变形区是一个小变形量范围,在某些情况下,当变形量足够大时,可能出现第二个大晶粒区。

④固溶处理前的组织情况。固溶处理后的晶粒大小除了受固溶温度和机械阻碍物的影响外,受固溶加热前的组织情况影响很大。如果锻后是未再结晶组织,而且处于临界变形程度时,固溶处理后将形成粗大晶粒;如果锻后是完全再结晶组织,固溶处理后一般可以获得细小而均匀的晶粒;如果锻后是不完全再结晶组织,即半热变形混合组织,固溶加热时,由于各处形核的时间先后、数量多少和长 大条件等不一样,固溶处理后晶粒大小将是不均匀的。

⑤原始晶粒度。按传统观念,钢在加热至正火温度时即发生相变和重结晶,使粗大晶粒得到细化。但是有些钢种(主要是马氏体钢和贝氏体钢)过热后形成的粗晶,经正火后仍为粗大晶粒。这种部分或全部由原粗大奥氏体晶粒复原的现象称为晶粒遗传。

关于晶粒度我们曾经花了近一周来学习,大家可以翻回去复习一下哦。

主要开发研究内容及目标

晶粒度对产品的屈服点、疲劳强度、塑性、冲击韧度及脆性转变温度影响很大,混晶及晶粒粗大一直是困扰锻件生产的主要问题之一。

①主要攻关内容。在实验室对试棒进行试验,得出消除混晶及晶粒粗大的工艺方案;将实验结果应用到产品并进行工艺优化,最终制订出切实可行的消除混晶及晶粒粗大的控制方案。

②目标。找出锻件混晶及晶粒粗大的根源,使其出现的概率大大降低。得出消除混晶及晶粒粗大的工艺方案;将实验结果应用到产品并进行工艺优化,最终制订出切实可行的消除混晶及晶粒粗大的控制方案。

完成情况:

根据产品状况,本次研究以45和17CrNiMo6结构钢为主要研究对象,45钢代表合金化程度不高的结构钢。17CrNiMo6代表合金化程度相对较高的钢,来寻找如何解决产品产生混晶及晶粒粗大的问题。终锻温度过高、变性不均匀及变形量选择不当等都可能造成45钢及17CrNiMo6钢产生混晶及晶粒粗大的问题。

为了寻找到解决45钢和17CrNiMo6混晶及晶粒粗大的问题,特别制作了材质为45和17CrNiMo6规格为Φ300× 800的轴各一根,在进行热处理前各取一个试样进行成分和组织检测,成分检验结果见表1



组织检验结果见表2。


做完检测的45和17CrNiMo6轴一分为二,分别做正火(45钢。正火工艺见图1:



17CrNiMo6正火工艺见图2:



和退火(45钢退火工艺)见图3:



17CrNiMo6退火工艺见图4:


正火、 退火后检测结果见表2。分析实验结果,不难发现,45钢正火和退火均可以消除混晶及晶粒粗大问题,但对比退火来说,45钢正火后组织更佳;而17CrNiMo6正火后仍存在混晶及晶粒偏大问题,退火后消除了混晶及晶粒粗大问题,并且17CrNiMo6退后后组织为铁素体+珠光体,而正火后组织为粒状贝氏体+少量铁素体。45钢采用正火,而17CrNiMo6采用退火进行消除混晶及晶粒粗大问题,可以由钢的加热及冷却理论予以解释:

①对于发生相变重结晶的正火和退火,在加热到AC3以上稍高温度,由于奥氏体重新形核,保温适当的时间后,空冷或者炉冷,都会对锻后混晶及晶粒粗大组织有一定的改善。

②对比45钢正火与退火后的组织,虽然混晶与晶粒粗大都能得到消除,但正火相对于退火来说,晶粒更细,这是由于退火是在炉内缓慢冷却,在较高的温度缓慢冷却的过程中,晶粒仍有长大的趋势,这种长大趋势随着锻件截面的增大而增加,因为截面越大的锻件在炉内降温越慢,所以对于较大尺寸的45钢锻件不宜采用退火来消除混晶及晶粒粗大,易采用较快的加热速度与较快的冷却速度的正火来消除

③17 CrNiMo6正火后晶粒粗大虽有所改善,但混晶问题依然存在,分析其正火前后的组织不难发现,17CrNiMo6正火后混晶及晶粒偏大是由于晶粒遗传所致。晶粒遗传多发生在马氏体及贝氏体钢中,对于组织中存在马氏体或贝氏体组织的,也会产生组织遗传现象。要想避免组织遗传所导致的混晶及晶粒粗大问题,就必须打破热处理过程中的组织遗传现象,相对于正火来说,17CrNiMo6退火后更容易得到铁素体+珠光体的平衡组织,这样就打破了由于贝氏体组织存在所造成的组织遗传,这样就能从根本上解决17 CrNiMo6混晶及晶粒粗大的问题。

综上所述,解决混晶及晶粒粗大问题时,不能一概而论,应该根据材料的化学成分及其组织而有所取舍,对于 金含量相对较少的45钢,解决混晶及晶粒粗大优先选择正火,这样既能达到目的,也能节约能源,缩短生产周期;对于合金含量相对较高的17 CrNiMo6,由于其锻后冷却过程中易产生不平衡的贝氏体组织,导致组织遗传,所以采用退火消除组织遗传,才能达到消除混晶及晶粒粗大的问题。

来源:每天学点热处理

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