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6CrW2Si钢剪刃的强韧化处理

2018-11-02 10:04  浏览次数:
6CrW2Si钢制冷剪刃,原最终热处理采用860、890 ℃,由淬,然后根据硬度要求确定回火温度。长期以来,由于“堆刃”和“崩刃”,使这一产品处于使用寿命较低的水平(不如常州产品)·为此,通过各种奥氏体化温度对该钢强度、硬度、韧性及显微组织的影响的试验研究,得出了最住奥氏
体化温度〈940、960 ℃)和适当的回火温度(350、370 ℃),使该钢茯得了强韧化效果。
按新工艺生产的6CrW2Si钢冷剪刃,在鞍钢冷轧厂碎边剪上安装使用结果是恚最高天数9天/刃,平均为7天/刃。而常州剪刃最高使用天数 7天/刃,平均为5天/刃。这样,一举超过了常州剪刃的使用寿命。

6CrW2S是一种耐冲击工具钢,国内普遍用作冷剪切刃具。通常生产工序为:锻造乛球化退火(或其他预备热处理)乛粗加工乛淬火乛回火乛精加工〈有的附加退磁处理)。其最终热处理,长期生产已经形成了比较固定的工艺,即860一 890 ℃油淬,再根据所需要的硬度,确定
回火温度。但其使用寿命一般仍不高。
冷剪刃的失效原因,主要是磨损和崩裂。也就是通常所说的“堆刃”和“崩刃”。为提高剪刃的抗磨损能力,必须提高硬度,改善抗粘着性;为提高剪刃的抗崩裂能力,必须提高韧性,改善断裂抗力。其结果,往往是硬度一高则易崩刃,而韧性一高则又易堆刃,对每一种使用条
件来说,其合适的硬度、韧性范围比较狭窄,因而控制较难。为提高剪刃使用寿命,充分发挥材料潜力,获得最佳强度、韧性配合,有必要选择强韧化处理工艺。
本文研究了各种奥氏体化温度,对6 CrW2Si钢强度、硬度、韧性及显微组织的影响,找出了最佳奥氏体化温度,并测定了不同回火温度下的性能,为制定强韧化处理工艺提供了理论依据。

、试样及试验方法

采用普通成分6CrW2Si钢坯,锻制成300 × 300 × 20mm的板坯,经球化退火处理后,再加工成拉力试棒(+10mm) 冲击试样(10 × 10 × 55mmC型,缺口如图 1)、断裂韧性试样〈巧× 30 × 120mm),硬度和金相试样(30 × 30 × 15mm)。电镜观察用冲击后的梅氏试样。
鞍钢技术
奥氏体化温度选择试验,工艺如表1。淬火加热在盐浴炉中进行,回火用箱式电炉。最佳淬火温度确定后,再进行不同温度的回火试验·回火试验工艺如表2。
亵1 真体化彦选择试验

序号
  回 火
淬火温度 ℃ 加热系数 min/mm 淬火介质 回火温度 ℃ 回火时间 h
 
  830
860
890
920
950
1000
 
 
油油油
200
200
200
200
200
200
LD
0
-0
5
-0
回 火 试验
试样序号 1 2 3 4 5
回火温度· ℃ 回火时间,h 200
3.5
300 400 600 600
拉伸试验在60t万能拉伸试验机上进行,冲击试验用36 f · m摆锤冲击试验机.断裂韧性采用三点弯曲试样。
R 1 2。9
55
图1 C型冲击试样

、试验结果及其分析

1 ,显微蛆织
不同奥氏体化温度淬火后的显微组织,如图2一7所示。随着淬火温度的提高,碳化物不断固溶。金相观察表明,890 ℃ 以上碳化物才基本溶解。奥氏体化温度低时,不仅合金碳化物固溶困难,而且溶解后扩散也较缓慢。这就使得奥氏体成分极不均匀,碳和合金元素浓度差异很大。原碳化物所在区域,浓度高于其他区域。淬火后,各区域的转变机制不同,其组织如图2,3所示,极不均匀。电镜观察,系由细针状马氏体及明显的铁素体组成。这种铁素体直至890 ℃,尚有微量残留。920 ℃以上,为针状马氏体,且随着奥氏体化温度的继续升高,马氏体针逐渐粗大。 1000 ℃时,马氏体针最大。残余奥氏体量也会逐渐增多。电镜观察表明,马氏体皆为针状,没有象5 Cr № M叭60Si12M等钢那样,淬火温度升高时,呈现板条马氏体。原因尚待进一步研究。
620 ×
2 830 ℃淬火200 ℃回火的组织
6 20 × 图3 860 ℃淬火200 ℃回火的组织
6 20 ×
图4 890 ℃淬火200 ℃回火的组织
6 20 ×
图6 950 ℃淬火200 ℃回火的组织
2 ·奥氏体化渥度对强度、硬度的影晌强度硬度是剪刃的主要性能指标,对抗磨损起着重要作用。不同奥氏体化温度淬火后的强度、·硬度变化,示于图8,
9。温度对。b、HRC的影响趋势相近,
830 860 890 920 950 1000 温弯
图8奥氏体化温度与硬度的关系
620 ×
图5 920 ℃淬200 ℃回火的组织·
6 2 0 ×
图7 100p ℃淬火?00 ℃回火的组织
即随着奥氏体化温度的升高,耵“ •HRC值均逐渐升高,并在950近出现“峰恤” 然后下降。分析认为,这是因为奥氏体化温度较低时,碳化物不能充分固溶,因而基体未能得到充分强化。加之存在先析出
260
230
830 86n 890 920 950 1000 温度℃
图9奥氏体化温度与抗拉强度的关系
 
   
的铁素体,故强度、硬度不高。950 ℃时碳化物溶解,而且奥氏体均匀,淬火后得以充分强化。温度再高,则奥氏体晶粒长大的影响突出起来,残留奥氏体量增多,所以强度、硬度指标又复下降。
5 ·奥氏体化温度对冲击、断裂韧性的
韧性是剪刃抗崩裂的重要指标。各奥氏体化温度淬火后的冲击韧性、断裂韧性情况,示于图10,11。随着奥氏体化温度的升高,断裂韧性和冲击韧性均呈非线性的增高。890 ℃以前和950 ℃以后,KI C值增加幅度较大。淬火温度低时,组织不均匀,加之未溶碳化物的存在,破坏了基体的连续性,使韧性降低; 950 ℃以上,由于残留奥氏体量增加,阻碍裂纹扩展,故韧
 
850 86u 890 920 950 m00 温度,•c
奥氏体化温度与抗拉强度的关系
 
830 860 89U 920 950凶0
图11奥氏体化温度与断裂韧性的关系
性提高,特别是断裂韧性值提高更大。图 10和图11表现的ak值与K I C值,是随淬火温度递增的,直到1000 ℃时尚未出现下降的趋势。超过950 ℃时,硬度和强度下降,如果继续提高温度,追求韧性值的上升,则在实用上受到限制。
4 ·回火后的机械性能
经950 ℃淬火,然后于200、500 ℃区间各个不同温度回火后的机械性能,分别示于图12,13,14,15。与其他中碳工县钢一样,随着回火温度的提高,。b、H RC 值逐渐降低,a K、K 1 c值逐渐升高。并因回火过程各阶段的组织之不同,机械性能的变化幅度亦不相同。但值得指出的是,提高淬火温度后,回火的硬度韧性指标,均比按传统工艺(图中虚线所示)处理的好。而且基本上消除了回火脆性向,这可能是由于高温奥氏体化处理,净化了晶界之故。

温度,•c
图1 2 回火温度与抗拉强度的关系
 

温度,〔

回火温度与硬度的关系
 
200 300 400 500 图14回火温度与冲击韧性的关系

图15回火温度与断裂韧性的关系
5 ·分析
试验证实,提高6CrW2Si剪刃钢的奥氏体化温度,因碳化物充分固溶,强化了基体,同时奥氏体均匀化,使综合机械性能明显提高。抵消了晶粒粗大带来的副作用。回火之后,综合机械性能也一直保持这种优势。这一结果,与国外资料〈奥氏体化温度960 ℃)是一致的。

四、实际应用结果新工艺生产的剪刃用在冷轧厂砗边剪上,获得了良好的效果。碎边剪是一种飞剪(60 × 120 × 65 Omm),要求有较高的冲击韧性和硬度。过去我厂制造的碎边剪,图纸要求硬度为HRC48、52。按照这个硬度生产的剪刃使用寿命只有3天,如果将剪刃硬度提高到HRC50、55,在使用中就出现崩刃现象。为此,我们将剪刃先经过760 ℃的不完全退火,然后经过 940 ℃的油淬,350、370 ℃回火4h后空冷,得到的硬度为HRC54一58。最高使用天数是9天/刃,平均为7天/刃。而常州剪刃最高使用天数7天/刃,平均为5天/刃,超过了常州的剪刃使用寿命。五、结论

1 · 6 CrW2Si剪刃钢在890 ℃以下淬火,不能充分发挥此钢潜力。920 ℃以上最好是950 ℃淬火,因充分固溶强化,可以获得最佳综合机械性能多
2 ·经过950 ℃奥氏体化处理,回火后的机械性能不仅比传统工艺的好,而且由于高温奥氏体化,基本消除了回火脆性倾向
3 ·实际使用结果表明,这样处理的剪刃比传统工艺的耐磨性好,提高了使用

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