回火温度对含钒42CrMo钢-40℃冲击韧性的影响.pdf
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1、 第卷第期上海金属,年月,作 者 简 介:刘 铭 杰,男,硕 士,主 要 从 事 风 电 紧 固 件 的 研 究,:通 信 作 者:史 文,男,教 授,博 士,主 要 从 事 汽 车 高 强 钢 研 究,:回 火 温 度 对 含 钒钢 冲 击 韧 性 的 影 响刘 铭 杰周 为 群董瀚史文张波(上 海 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院,上 海;上 海 大 学(浙 江)高 端 装 备 基 础 件 材 料 研 究 院,浙 江 嘉 善)【摘 要】对 含 钒钢 进 行 了 油 淬 和 回 火,采 用 扫 描 电 子 显 微 镜、电 子 背 散 射 衍 射 和 透 射 电 子 显 微 镜 检
2、测 了 钢 的 冲 击 韧 性、显 微 组 织、应 力、位 错 密 度 和晶 粒 取 向 差。结 果 显 示:随 着 回 火 温 度 的 升 高,钢 的 冲 击 吸 收 能 量 从 提 高 到 了,回 火 索 氏 体 中 的 碳 化 物 从 条 状 转 变 为 球 状;较 高 温 度 回 火 的 钢 比 较 低 温 度 回 火 的 钢 具 有 更 多的 大 角 度 晶 界、较 小 的 应 力 和 较 低 的 位 错 密 度;回 火 索 氏 体 中 的 条 状、针 状 碳 化 物 主 要 为,球 状 碳 化 物 主 要 为和,弥 散 分 布 的 球 状 碳 化 物 有 利 于 改 善 钢 的 低
3、 温 冲 击 韧 性。【关 键 词】含 钒钢,回 火 温 度,回 火 索 氏 体,碳 化 物,低 温 冲 击 韧 性中 图 分 类 号:文 章 编 号:()(,;(),)【】,(),;(),;(),【】,随 着 社 会 的 发 展,对 电 能 特 别 是 绿 色 电 能 的 需 求 量 越 来 越 大。风 力 发 电 是 绿 色 能 源 之 一,据第期刘 铭 杰 等:回 火 温 度 对 含 钒钢 冲 击 韧 性 的 影 响 报 道,的 地 面 风 力 就 能 满 足 全 球 的 能 源 需求。风 电 机 螺 栓 是 重 要 的 紧 固 件,随 着 风 力 发电 机 功 率 的 提 高,对 螺
4、栓 性 能 要 求 也 越 来 越 高,严寒 或 高 海 拔 地 区 的 风 电 机 螺 栓 还 需 具 有 良 好 的 低温 冲 击 性 能,因 此 必 须 开 发 强 度 高、低 温 冲 击性 能 优 异 的 风 电 机 螺 栓 用 钢。目 前,国 内 级 风 电 机 螺 栓 大 多 采 用钢 制 作,但 其 冲 击 性 能 较 差,不 适用 于 更 大 功 率 发 电 机 组 的 级 螺 栓。研 究表 明,钢 中 加 入 钒,既 能 显 著 提 高 钢 的 淬 透 性,又 能 改 善 钢 的 低 温 冲 击 性 能,因 此 为 了 满 足新 一 代 风 电 机 螺 栓 成 本 低 且 性
5、 能 优 异 的 要 求,可在钢 中 加 入 少 量 钒。本 文 对 含 钒钢(钢)进 行 油 淬 和 不 同 温 度 的回 火,研 究 了 回 火 温 度 对钢 冲 击韧 性 的 影 响,可 为 其 实 际 生 产 中 热 处 理 工 艺 的 制定 提 供 参 考。试 验 材 料 与 方 法将 尺 寸 为 的 试 验 用钢 铸 坯 加 热 至 保 温,随 后 锻造 成 的 棒 料,再 加 工 成 的 试 棒。试 验 用 钢 的 化 学 成 分 如 表所 示。将 试 棒 加 热 至奥 氏 体 化油表试 验 用钢 的 化 学 成 分 元 素质 量 分 数 质 量 分 数 淬,随 后 在、和 回
6、火空 冷。按 金 属 材 料 夏 比 摆 锤冲 击 试 验 方 法 ,从 热 处 理 后 试 棒 的半 径 处 切取 和 加 工 夏 比型 缺 口 冲 击 试 样,尺 寸 为 ,如 图所 示。冲 击 试 验温 度 为,设 备 为 摆 锤 式 冲 击 试 验 机。图冲 击 试 样 尺 寸 金 相 试 样 采 用(体 积 分 数,下 同)硝 酸 酒精 溶 液 腐 蚀。采 用 光 学 显 微 镜、型 热 场发 射 扫 描 电 子 显 微 镜(,)和型 透 射 电 子 显 微镜(,)进 行 金相 检 验 和 断 口 分 析。试 样 的 制 备:先 将 试 样机 械 研 磨 至 厚,然 后 采 用高 氯
7、 酸 酒 精溶 液 在 下 进 行 电 解 双 喷 减 薄。采 用 场 发射 扫 描 电 子 显 微 镜 上 的 电 子 背 散 射 衍 射(,)系 统 进 行 微 区 的 结晶 取 向 分 析。试 验 结 果 与 分 析 显 微 组 织淬 火 后 分 别 于、和 回 火 的钢 的 显 微 组 织 如 图所 示,均 为 回 火 索氏 体,随 着 回 火 温 度 的 升 高,回 火 索 氏 体 中 的 碳 化物 分 布 更 弥 散。图淬 火 后()、()及()回 火 的钢 的 显 微 组 织 (),()()不 同 温 度 回 火 的 钢 的形 貌 如 图所 示。可 以 看 出:和 等 较 低 温
8、 度 回 火 的 钢,由 于热 激 活 能 低,碳 化 物 首 先 在 马 氏 体 板 条 界 面 形 核 和长 大;随 着 回 火 温 度 的 升 高,热 激 活 能 增 大,碳 化 物 上海金属第卷分 布 愈 弥 散。回 火 的 钢,沿 马 氏 体 板 条界 面 析 出 的 条 状 和 片 状 碳 化 物 增 多,少 量 碳 化 物 呈颗 粒 状;回 火 的 钢 中 条 状 碳 化 物 基 本 消 失,球 状 碳 化 物 增 多,还 有 一 些 短 杆 状 碳 化 物;回 火 的 钢 中 基 本 无 条 状 或 片 状 碳 化 物,大 多为 球 状 碳 化 物 且 均 匀 弥 散 分 布。
9、随 着 回 火 温 度 的提 高,碳 化 物 平 均 尺 寸 增 大,特 别 是 回 火 的钢 中 球 状 碳 化 物 较 回 火 的 钢 明 显 粗 化。图淬 火 后()、()、()、()、()及()回 火 的钢 的形 貌 (),(),(),(),(),()、和 回 火 的 钢 中 索 氏 体 具 有 回火 马 氏 体 的 板 条 特 征,如 图所 示。随 着 回 火 温度 的 提 高,板 条 粗 化,平 均 宽 度 分 别 为、和。回 火 温 度 从 升 高 到,索 氏体 板 条 显 著 变 宽,回 火,板 条 宽 度 变化 不 明 显。图淬 火 后()、()及()回 火 的钢 的形 貌
10、(),(),()分 析 结 果表 征 能 进 一 步 揭 示 不 同 温 度 回 火 的 钢的 组 织 差 异。、和 回 火 的 钢 的 大、小 角 度 晶 界 分 布 如 图所 示。图中 红 色 线 表 示 取 向 差 大 于的 大 角 度晶 界(,)分 布,绿色 线 代 表 取 向 差 为 的 小 角 度 晶 界(,)分 布。可 见 原 马 氏体 板 条 界 面 为 大 角 度 晶 界。图为 不 同 温 度 回 火的 钢 中 大、小 角 度 晶 界 比 例。可 以 看 出,大 角 度 晶界 随 回 火 温 度 的 升 高 而 增 多,、和 回 火 的 钢 中 大 角 度 晶 界 比 例 分
11、 别 为、和;小 角 度 晶 界 比 例 的 变 化 则 相反,和 回 火 的 钢 分 别 为 和第期刘 铭 杰 等:回 火 温 度 对 含 钒钢 冲 击 韧 性 的 影 响 图淬 火 后()、()及()回 火 的钢 的 晶 界 分 布 (),(),()图钢 中 大、小 角 度 晶 界 比 例 随 回 火 温 度 的 变 化 。这 是 由 于 回 火 温 度 提 高,组 织 粗 化,导 致小 角 度 晶 界 减 少,且 随 着 回 火 温 度 的 升 高,马 氏 体转 变 为 多 边 形 铁 素 体,马 氏 体 板 条 结 构 模 糊 甚 至消 失,铁 素 体 增 多,导 致 小 角 度 晶
12、界 减 少、大 角 度晶 界 增 多。不 同 温 度 回 火 的钢 的 局 部 错 配 角(,)的 分 布 和 数量 统 计 如 图、图所 示。主 要 用 来 表 征 钢中 缺 陷 密 度 和 应 力 状 态,值 较 高 的 区 域 集 中在 小 角 度 晶 界 附 近,对 应 的 缺 陷 密 度 也 较 大。图表 明:回 火 温 度 从 升 高 至,深 色区 域 略 有 减 少,在 图中 表 现 为曲 线 略 微 左图淬 火 后()、()和()回 火 的钢 的图 (),(),()上海金属第卷图不 同 温 度 回 火 的钢 的值 及 数 量 统 计 图 移,但 差 异 不 大;回 火 温 度
13、从 升 高 到,亮 绿 色 区 域 显 著 减 少,应 力 显 著 减 小,在 图中 表 现 为 曲 线 明 显 左 移,低值 的 数 量 增 多。不 同 温 度 回 火 的钢 的 几 何 必 要 位错(,)分 布和 数 量 统 计 如 图和 图所 示。可 见和回 火 的 钢 的分 布 几 乎 相 同,图中 曲 线几 乎 重 叠。回 火 的 钢 的密 度 明 显 减小,曲 线 左 移。统 计 表 明,、和 回火 的 钢 的密 度 平 均 值 分 别 为 、和 。碳 化 物 回 火 的钢 中 回 火 马 氏 体 板 条界 面 有 条 状 碳 化 物,衍 射 斑 点 分 析 为,板 条内 有 大
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- 回火 温度 42 CrMo 40 冲击韧性 影响
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