Page 32 - 理化检验-物理分册2021年第八期

周光理, 等: 42CrMo合金钢棒材硬度及显微组织控制

钢的冷却速率较快且难以控制, 经常在贝氏体及马 1100 ℃ , 保温时间 5 min , 然后以 5 ℃ · s 的速率

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氏体转变区发生相变, 从而产生了较多的硬相组织 冷却至 860 ℃ 。变形一道次, 变形速率 1s , 变形

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( 贝 氏 体 + 马 氏 体 ), 造 成 硬 度 偏 高。 因 此, 对 程度 40% , 变形后停留 1s , 然后以不同冷却速率冷
42CrMo合金钢的合金相变规律进行研究以找到冷 却至室温。上述不同冷却速率为 0.1 、 0.2 、 0.3 、 0.4 、

却速率与相变之间的规律, 并设想通过低温轧制来 0.5 、 0.75 、 1.0 、 2.0 、 5.0 、 10.0 ℃ · s , 测得试样冷却
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控制奥氏体晶粒尺寸, 降低其稳定性进而影响相变 过程中的温度 - 横应变膨胀曲线。将热处理完毕后
过程来降低硬度。 的试样进行切割、 砂纸打磨和机械抛光, 用 4% ( 体
笔者通过测定 42CrMo合金钢的动态连续冷却 积分数) 的硝酸酒精溶液浸蚀 10s左右, 制备成金相

转变( CCT ) 曲线, 确定出轧后冷却速率对显微组织 试样, 使用 AX-10型光学显微镜( OM ) 观察试样的显
及硬度的影响, 为控制冷却工艺提供理论依据, 并通 微组织形貌, 并配合使用 HVS-302Z 型维氏硬度计测
过低温轧制与控制冷却工艺相结合的方式, 将工艺 试硬度值。结合金相试验的结果, 从曲线上找出不同
调控重点 放 在 降 低 终 轧 温 度 上, 从 而 找 出 了 降 低 冷却速率下的各种相变起始点温度和终了点温度, 在
42CrMo合金钢硬度的实际生产工艺, 直接从生产 时间 - 温度的坐标中绘出 42CrMo合金钢在压缩变形
工艺上解决了 42CrMo合金钢的硬度过大问题。 后的连续冷却转变曲线, 即动态 CCT 曲线。
1.2 42CrMo合金钢的轧制工艺对比试验
1 试验材料与方法
42CrMo合金钢的主要轧制工艺流程为: 步进
1.1 42CrMo合金钢相变规律研究 式加 热 炉 加 热 → 除 磷 → 粗 轧 → 中 轧 → 预 精 轧 →
试验材料为企业提供的 42CrMo合金钢的原料 KOCKS 机轧制 → 冷床冷却。终轧温度可直接影响
坯, 采 用 D y namicS y stemsInc 公 司 生 产 的 轧后奥氏体晶粒的大小及奥氏体稳定性, 较低的终
GLEEBLE3500 型热模拟机进行试验。该热模拟机 轧温度使奥氏体稳定性降低, 更易发生转变, 使其在
高温时转变为铁素体及珠光体的比例增加, 从而达

的温度范围为室温至 1450 ℃ , 热传递冷却时 T85
到改善组织、 降低硬度的目的。因此, 采用常规轧制
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段最大冷却速率为 200 ℃ · s , 气雾冷却时 T85
与 低 温 轧 制 对 比 试 验, 常 规 轧 制 终 轧 温 度 为
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段最大冷却速率 2000 ℃ · s ; 环境气氛为真空、

840 ℃ , 低温轧制的终轧温度降低至 800 ℃ 。对比
氩气气氛保护; 最大载荷为 ±10kN ( 静载)、 ±5kN
两种轧制工艺生产的钢材在冷床上的冷却速率及其

( 动 载, 1000mm · s );位 移 速 度 最 大 为
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组织与硬度情况。每种工艺的钢材均从其上冷床时

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1000mm · s , 最小为 0.01mm · s 。
的温度为起测点, 直到冷却至500℃ 以下为止, 测温

ϕ
将 42CrMo合金钢坯线切割加工成 10mm×
装置为高温测温枪, 根据测得的数据绘制降温曲线,
80 mm 的 动 态 CCT 试 样, 将 试 样 的 中 心 部 分
并对两种工艺产品的组织和硬度进行对比分析。
20mm 段( 该 次 试 验 所 研 究 的 变 形 部 分) 加 工 成

ϕ 6mm×20mm 的试样, 试验工艺的具体参数设置 2 试验结果与分析

如图 1 所 示。 加 热 速 度 率 10 ℃ · s , 保 温 温 度
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2.1 42CrMo合金钢相变规律结果分析
图 2 为 42CrMo合金钢的显微组织形貌, 当冷

却速率为 0.1 ℃ · s 时, 42CrMo合金钢显微组织为
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铁素体 + 珠光体; 当 冷却速率达到 0.3 ℃ · s 时,
42CrMo合金钢中已经开始出现贝氏体相变, 其显
微组织为铁素体 + 珠光体 + 贝氏体的混合组织; 当

冷却速率为0.4~0.75℃ · s 时, 高温区发生铁素体
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和珠光体转变, 中温区发生贝氏体转变, 低温区发生

马氏体转变; 当冷却速率为 1.0~10.0 ℃ · s 时, 铁
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图 1 42CrMo合金钢动态 CCT 试验示意图 素体和珠光体转变消失, 只发生贝氏体和马氏体转

Fi g 1 Schematicdia g ramofd y namicCCTtestfor 变, 其显微组织为贝氏体 + 马氏体的混合组织。

42CrMoallo y steel 42CrMo 合 金 钢 动 态CCT曲 线 如 图 3 所 示 , 从
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