1Cr13材料實(shí)際值與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比及分析

我公司某零件選材為1Cr13,鍛件尺寸13 ×18×95,要求鍛后調(diào)質(zhì),化學(xué)成分、力學(xué)性能應(yīng)符合CB1221 - 94標(biāo)準(zhǔn),但在實(shí)際生產(chǎn)過程中按GB1221-92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱處理規(guī)范進(jìn)行熱處理,其延伸率8,經(jīng)常達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的機(jī)械性能要求,因此需從材料上分析,并進(jìn)行熱處理工藝試驗(yàn)。

1Cr13材料實(shí)際值與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比及分析

試驗(yàn)中采用本30×33,$30×59圓鋼分別鍛出鍛件和20× 130的隨爐試樣,根據(jù)1Cr13 GB1221-94標(biāo)準(zhǔn)的熱處理規(guī)范,分別按980℃ ± 10℃油冷＋680℃ ±10℃油冷、980℃ ± 10℃油冷+720℃ ±10℃水冷及960℃±10℃油冷＋750℃ ± 10℃油冷進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,并對(duì)該質(zhì)證號(hào)的材料進(jìn)行了化學(xué)成分測(cè)量(見表1),根據(jù)調(diào)質(zhì)后機(jī)械性能數(shù)據(jù)顯示(見表2),延伸率強(qiáng)度指標(biāo)不合格,但強(qiáng)度指標(biāo)較標(biāo)準(zhǔn)值高許多,有較大的下降空間。

另外對(duì)1Cr13相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也差異較大(見表3),這也給實(shí)際生產(chǎn)過程中的工藝制定帶來困難,咨詢相關(guān)單位對(duì)該材料的熱處理情況,都出現(xiàn)同樣按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱處理規(guī)范進(jìn)行熱處理而達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)性能的情況,延伸率8,一般在20 ~25%之間,查閱有關(guān)資料發(fā)現(xiàn),1Cr13標(biāo)準(zhǔn)性能數(shù)據(jù)在84年后的標(biāo)準(zhǔn)和84年前的有所差異,但同國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)。

上述表3中標(biāo)準(zhǔn)性能數(shù)據(jù)顯示,新標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度下降幅度分別為19%和10%,延伸率提高幅度為25% ,而斷面收縮率要求反而有所下降,性能匹配情況并不理想,標(biāo)準(zhǔn)中的熱處理規(guī)范給出的淬回火溫度區(qū)間較大,不易進(jìn)行匹配選擇。

1Cr13相變溫度分析

查閱相關(guān)資料表明,1Cr13的相變溫度(見表4),1Cr13奧氏體等溫曲線顯示其Ac1 溫度為820℃。即使由于化學(xué)成分波動(dòng),奧氏體化溫度差異,導(dǎo)致奧氏體等溫曲線有所變化,A1、Ms點(diǎn)有差異,但A1點(diǎn)應(yīng)仍在800℃以上(見圖1),根據(jù)金屬相變熱力學(xué)理論,A1、Ac1,Ar 關(guān)系應(yīng)為:Ac1>A1 > Ar。含Cr13%的Fe - Cr -C三元相圖中(見圖2),很明顯1Cr13的Ac1不應(yīng)為~730℃,這一點(diǎn)很關(guān)鍵,應(yīng)為淬火后的回火溫度低于Ac1 ,即保證在回火過程中只發(fā)生組織的轉(zhuǎn)變而不發(fā)生相的轉(zhuǎn)變。

1Cr13組織差異

為了尋求1Cr13組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律,通過將不同熱處理溫度的拉伸試棒進(jìn)行金相分析對(duì)比,從中選出典型金相,其中950℃油淬＋790℃油冷回火放大200倍的金相圖(見圖3) ,組織為保持板條馬氏體位向的回火索氏體。鑒于公司測(cè)試手段的限制,無法照出高倍的金相組織,只能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察,我們?cè)陲@微放大500倍現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察對(duì)比,790℃回火組織碳化物析出量比750℃回火時(shí)多,碳化物開始粒狀,但不明顯,將試樣進(jìn)行830℃保溫冷卻后,同樣在500倍現(xiàn)場(chǎng)與790℃回火組織對(duì)比,830℃回火組織,碳化物聚集明顯有沿晶界析出，且方向性有所消失,鐵素體量比790℃回火時(shí)有所增加,但未發(fā)現(xiàn)明顯相變組織,可能有一小部分已發(fā)生相變。在850℃油冷后觀察,因測(cè)試手段限制無法進(jìn)一步確定組織。

從圖3中可以看出含C量以及奧氏體對(duì)Ac1 的影響,而通過圖2可以看出,C.Cr含量以及奧氏體化溫度對(duì)奧氏體等溫曲線的影響,即對(duì)轉(zhuǎn)變問題、生成組織有所影響。特別是碳化物生成，Cr部分溶于滲碳體中能增加其穩(wěn)定性,對(duì)AⅠ的影響比較顯著(見圖4)。

由此可以看出諸多資料為什么給出較寬的淬火、回火溫度區(qū)間了,但是作為標(biāo)準(zhǔn),將其驗(yàn)收的熱處理制度,不管老標(biāo)準(zhǔn)還是新標(biāo)準(zhǔn),都將其淬火、回火溫度訂的如此之寬,且延伸率標(biāo)準(zhǔn)訂得這么高,這將使材料驗(yàn)收及指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)變得無所適從。因?yàn)閷?duì)于每批材料,其化學(xué)成分都可以在一定區(qū)間內(nèi)波動(dòng),因而會(huì)對(duì)其臨界轉(zhuǎn)變溫度帶來不確定性,而要在上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱處理規(guī)范區(qū)間內(nèi)去確定準(zhǔn)確的淬火溫度、回火溫度以滿足規(guī)定的性能,難度可想而知。工藝試驗(yàn)情況說明,如果僅局限在規(guī)定的熱處理制度下進(jìn)行驗(yàn)收,其結(jié)果是較難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所要求的性能,只能突破標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作新的嘗試。

熱處理工藝參數(shù)確定

通過對(duì)1Cr13材料的分析發(fā)現(xiàn)，隨著淬火溫度下調(diào)，回火溫度在750℃以下時(shí),隨回火溫度升高,屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度有所下降而延伸率6,變化不大，即使在規(guī)定溫度上限750℃回火，仍然不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所要求25%的延伸率,根據(jù)A1 溫度在~820℃,回火溫度只要不突破此溫度，就不會(huì)發(fā)生相變,而只能是組織形態(tài)的變化,而這種形態(tài)的變化就可能改善其塑性性能。因此我們將回火溫度抬高到790℃,力學(xué)性能結(jié)果是令人滿意的(見表5),其金相觀察也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。