热处理对5cr8movsi组织及硬度的影响
作者： 发布日期：2018/09/29 关注次数：486
热处理对5cr8movsi组织及硬度的影响
5cr8novsi钢是近年来我国应用较多的新钢种，主要用于耐冲击性工模具和薄刃刀具上。但是，目前对5cr8movsi钢的热处理工艺研究较少，所生产的工模具常发生硬度不高和断裂失效现象。因此，本文较详细地研究了5cr8movsi钢热处理工艺对硬度和组织结构的影响。
实验材料成分如表1所示。试样退火、淬火、回火均在坩埚电阻炉中进行，淬火采用油介质冷却。用d/maxⅲa x射线衍射仪分析相结构和残余奥氏体量，定量金相法测量奥氏体晶粒数、碳化物体积分数及尺寸、马氏体尺寸，jxa-733电子探针分析显微组织和成分。
表1 工模具钢5cr8movsi化学成分/%
| c |
mn |
si |
cr |
mo |
v |
s |
p |
| 0.55 |
0.45 |
0.72 |
8.13 |
1.38 |
0.45 |
≤0.02 |
≤0.03 |
2.1 退火
试样经840℃退火硬度为hb218，退火显微组织为球状珠光体。碳化物的平均尺寸为0.94µm，体积分数约为0.32。碳化物相以m23c6，为主，其次有m7c3和mc。
2.2淬火
ag尊龙app-kb88凯时官网登录实验温度为880℃、900℃、930℃、950℃、1000℃、1050℃。随淬火温度升高，淬火硬度升高。1000℃淬火时，硬度为hrc60；1050℃淬火时，硬度为hrc60.3。 淬火组织为马氏体、剩余碳化物和残余奥氏体。在950℃淬火时，马氏体由针状马氏体和板条状马氏体组成，针对马氏体的比例较大，剩余碳化物呈小颗粒状或点状分布；1000℃淬火时马氏体仍然由针状马氏体和板条状马氏体组成，剩余碳化物呈点状分布，残余奥氏体夹在马氏体针或板条之间；1050℃淬火时，马氏体以板条状马氏体为主，只有少量的针状马氏体(<10%)，残余奥氏体量增多，剩余碳化物极少，尺寸也更小。金相分析表明：随温度程式高，奥氏体晶粒度变大，马氏体针变长，剩余碳化量减少，，淬火试样残余奥氏体量随淬火温度升高而升高，1000℃淬火时，残余奥氏体量约10%。奥氏体晶粒尺寸随淬火温度升高而升高，淬火马氏体板条或针状尺寸也与晶粒度尺寸对应。
表2 工模具钢5cr8movsi淬火温度对奥氏体晶粒度、残余奥氏体、马氏体和剩余碳化物的影响
| 淬火温度/℃ |
奥氏体晶粒度/µm |
残余奥氏体量/% |
淬火马氏体 |
剩余碳化物形态尺寸/µm |
体积分数 |
尺寸/µm |
| 900 |
6.3 |
- |
针状 少数板条状 |
6 |
0.12 |
1.5 |
| 930 |
8.4 |
- |
6 |
0.10 |
1.0
|
| 950 |
9.3 |
5.38 |
- |
6 |
0.09 |
0.9
|
| 1000 |
11.3 |
10.74 |
板条状 针状 |
11 |
0.08 |
0.6 |
| 1050 |
24.4 |
12.28 |
板条状 少量针状 |
24 |
0.04 |
0.3 |
相分析表明，淬火试样以a'马氏体为主要相，其次是残余奥氏体g’，剩余碳化物为m7c3、mc，并有微量的。与退火碳化物相分析对照后可知，在1000℃淬火时，m23c6大部分溶解，而原来少量的m7c3和mc型碳化物因难于溶解，成为主要剩余碳化物。
2.3回火
回火温度小于380℃时，随回火温度升高，回火硬度降低。在此区间，主要是马氏体分解过程，马氏体含碳量降低，马氏体晶体结构的正方度(c/a)下降。在480-500℃回火，有明显的二次硬化现象。485℃回火最高硬度为hrc58，比淬火硬度低2hrc左右。二次硬化主要是mc(vc)沉淀硬化的效果。 随回火温度升高，残余奥氏体量减少。只通过一次回火残余奥氏体分解较少，通过三次回火残余奥氏体量可降低到6%左右。
工模具钢5cr8movsi碳含量为0.55%，淬火马氏体形态为板条状和针状。在较低的温度下淬火时，剩余碳化物量较多，在靠近碳化物的奥氏体区中，因碳化物溶解过程中碳的扩散呈梯度分布，因此，有局部高碳区。局部高碳区在冷却过程中转变成针状马氏体，其亚结构是孪晶。在较高的温度下淬火，剩余碳化物主要是少量的vc和m7c3，溶解速度很慢，因此大部分奥氏体区域碳含量均匀化，尽管此时奥氏体平均碳含量高，但是相对于高碳奥氏体来说，其含量还是低的。所以在较高温度淬火时，板条马氏体比例增大。板条马氏体比针状马氏体韧性高，因此，该钢可以在较高的温度下淬火。但板条在300-400℃回火时，因析出的碳化物沿板条分布，会显示出回火脆性。所以，在较高的温度下淬火，获得以板条状马氏体为主的显微组织时，应避开回火脆性区，或者以较高温度回火(450-520℃)，或者在较低温度回火(150-250℃)。如果需较低的回火硬度，则应提高回火温度(520℃以上)方能避开回火脆性区。不过此时需要严格控制回火制度，否则，回火硬度会随回火温度变动发生很大的变化。另外，对残余奥氏体量要求降低至最小的薄刃工模具，淬火后应进行二次回火或三次回火。
- 工模具钢5cr8movsi840℃退火，硬度为hb218，碳化物颗粒平均尺寸为0.94µm，碳化物体积分数为0.32，碳化物类型以m23c6为主，并有少量的mc和m7c3。
- 工模具钢5cr8movsi合适的淬火温度为980-1050℃，最高硬度为hrc60-61。随淬火温度升高，由板条状和针状马氏体组织过渡到以板条状马氏体为主。剩余碳化物以mc和m7c3为，m23c6型碳化物在淬火时大部分溶解。
- 工模具钢5cr8movsi仅通过一次回火，残余奥氏体量减少不大，因此，应进行二次或三次回火。在480-510℃回火，有二次硬化现象，回火硬度可升到hrc58-60。
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