我公司某零件選材為1Cr13,鍛件尺寸13 ×18×95,要求鍛后調質,化學成分、力學性能應符合CB1221 - 94標準,但在實際生產過程中按GB1221-92標準規(guī)定的熱處理規(guī)范進行熱處理,其延伸率8,經常達不到標準規(guī)定的機械性能要求,因此需從材料上分析,并進行熱處理工藝試驗。

1Cr13材料實際值與標準值對比及分析

試驗中采用本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標準的熱處理規(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℃油冷進行調質處理,并對該質證號的材料進行了化學成分測量(見表1),根據(jù)調質后機械性能數(shù)據(jù)顯示(見表2),延伸率強度指標不合格,但強度指標較標準值高許多,有較大的下降空間。

另外對1Cr13相關的標準也差異較大(見表3),這也給實際生產過程中的工藝制定帶來困難,咨詢相關單位對該材料的熱處理情況,都出現(xiàn)同樣按標準規(guī)定的熱處理規(guī)范進行熱處理而達不到標準性能的情況,延伸率8,一般在20 ~25%之間,查閱有關資料發(fā)現(xiàn),1Cr13標準性能數(shù)據(jù)在84年后的標準和84年前的有所差異,但同國外標準相當。

上述表3中標準性能數(shù)據(jù)顯示,新標準屈服強度和抗拉強度下降幅度分別為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,標準中的熱處理規(guī)范給出的淬回火溫度區(qū)間較大,不易進行匹配選擇。

1Cr13相變溫度分析

查閱相關資料表明,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℃。即使由于化學成分波動,奧氏體化溫度差異,導致奧氏體等溫曲線有所變化,A1、Ms點有差異,但A1點應仍在800℃以上(見圖1),根據(jù)金屬相變熱力學理論,A1、Ac1,Ar 關系應為:Ac1>A1 > Ar。含Cr13%的Fe - Cr -C三元相圖中(見圖2),很明顯1Cr13的Ac1不應為~730℃,這一點很關鍵,應為淬火后的回火溫度低于Ac1 ,即保證在回火過程中只發(fā)生組織的轉變而不發(fā)生相的轉變。

1Cr13組織差異

為了尋求1Cr13組織轉變的規(guī)律,通過將不同熱處理溫度的拉伸試棒進行金相分析對比,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。鑒于公司測試手段的限制,無法照出高倍的金相組織,只能進行現(xiàn)場觀察,我們在顯微放大500倍現(xiàn)場進行觀察對比,790℃回火組織碳化物析出量比750℃回火時多,碳化物開始粒狀,但不明顯,將試樣進行830℃保溫冷卻后,同樣在500倍現(xiàn)場與790℃回火組織對比,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,因測試手段限制無法進一步確定組織。

從圖3中可以看出含C量以及奧氏體對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奧氏體等溫曲線的影響,即對轉變問題、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,但是作為標準,將其驗收的熱處理制度,不管老標準還是新標準,都將其淬火、回火溫度訂的如此之寬,且延伸率標準訂得這么高,這將使材料驗收及指導實際生產變得無所適從。因為對于每批材料,其化學成分都可以在一定區(qū)間內波動,因而會對其臨界轉變溫度帶來不確定性,而要在上述標準規(guī)定的熱處理規(guī)范區(qū)間內去確定準確的淬火溫度、回火溫度以滿足規(guī)定的性能,難度可想而知。工藝試驗情況說明,如果僅局限在規(guī)定的熱處理制度下進行驗收,其結果是較難達到標準所要求的性能,只能突破標準規(guī)范作新的嘗試。

熱處理工藝參數(shù)確定

通過對1Cr13材料的分析發(fā)現(xiàn)，隨著淬火溫度下調，回火溫度在750℃以下時,隨回火溫度升高,屈服強度、抗拉強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，仍然不能達到標準所要求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℃,力學性能結果是令人滿意的(見表5),其金相觀察也驗證了這一點。