CN108823361A - 一种细化35CrMo合金钢晶粒的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细化35CrMo合金钢晶粒的加工方法,包括以下步骤:将35CrMo合金钢铸锭采用中频感应炉重熔得到所需尺寸35CrMo合金钢试样;将试样在箱式电阻炉中进行加热保温,加热保温后,对试样进行镦粗试验,镦粗试验后,立即在水中进行淬火,得到具有高温变形组织的试样;将具有高温变形组织的试样,进行预先油淬,冷却至室温后,进行循环超声淬火‑回火处理,实现晶粒组织的细化和均匀化,得到晶粒细化35CrMo合金钢。采用本发明方法获得的构件,显微疏松缺陷得到明显减少,晶粒尺寸可细化到10μm以下,组织均匀性得到明显改善,有利于提高合金构件的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢材料的热加工和后续热处理技术领域,具体涉及一种细化35CrMo合金钢晶粒的加工方法。
背景技术
35CrMo合金结构钢,有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限;在高温下其有高的蠕变强度与持久强度,长期工作温度可达500℃,因而其主要用于制造承受冲击、弯扭、高载荷的各种机器中的重要零件。
由于热压缩过程中变形不均匀,而且原始铸造组织存在晶粒粗大和偏析现象,所以再结晶组织一般也存在不均匀。承力构件用35CrMo钢具有强烈的组织遗传倾向,细化晶粒的首要任务是减少和消除组织遗传,目前细化晶粒主要有以下两种方法:(1)采用临界区快速加热的方法获得球状奥氏体来细化晶粒,钢的非平衡组织再次奥氏体化时,转变产物分为片状奥氏体和球状奥氏体两种相。若新生成的相以片状奥氏体为主,则在奥氏体化后,原始粗大的奥氏体晶粒将得到恢复,造成组织遗传;若新生成的相以球状奥氏体为主,那么原始粗大的奥氏体晶粒将得到细化,而不发生组织遗传,但是一般难以形成以球状奥氏体为主的新生相。(2)采用奥氏体再结晶的方法来细化晶粒,再结晶晶粒具有新的位相,与原始粗大晶粒不存在固定的位相关系,因此可以消除组织遗传,但其难点在于确定合适的奥氏体再结晶温度和保温时间。当奥氏体再结晶温度较低时,孕育期较长,形核率较低,参与再结晶的奥氏体数量较少,导致再结晶晶粒粗大;当再结晶温度过高时,孕育期较短,晶粒快速长大,同样也会导致再结晶晶粒粗大。
发明内容
本发明的目的是提供一种细化35CrMo合金钢晶粒的加工方法,达到大幅度降低其晶粒尺寸的目的,减少组织遗传,从而提高35CrMo合金钢的综合性能。
本发明这种细化35CrMo合金钢晶粒的加工方法,包括以下步骤:
(1)将35CrMo合金钢铸锭采用中频感应炉重熔得到所需尺寸35CrMo合金钢试样;
(2)将步骤(1)中的试样在箱式电阻炉中进行加热保温,加热保温后,对试样进行镦粗试验,镦粗试验后,立即在水中进行淬火,得到具有高温变形组织的试样;
(3)将步骤(2)中的具有高温变形组织的试样,进行预先油淬,冷却至室温后,进行亚温循环超声淬火-回火处理,实现晶粒组织的细化和均匀化,处理完毕后,得到晶粒细化的35CrMo合金钢。
所述步骤(1)中的35CrMo合金钢铸锭的化学组分及重量百分含量为:C0.32-0.40%,Si 0.17-0.37%,Mn 0.40-0.70%,Cr 0.80-1.10%,Mo 0.15-0.25%,S≤0.035%,P≤0.035%,Ni+Cu≤0.06%,Fe余量。
所述步骤(2)中,加热保温的具体处理方法为:将试样以9~11℃/s的加热速率升温到1200℃~1210℃,保温14~16min;然后以9~11℃/s的冷却速率降温到变形温度1000℃~1050℃,保温9~11min。
所述步骤(2)中,镦粗试验的应变速率为0.01s-1~0.1s-1,变形量为0.35~0.4。
所述步骤(3)中,预先油淬的具体处理方法为:将具有高温变形组织的试样放入到加热炉中,以19~21℃/s加热速率随炉升温,当温度达到850~860℃时保温30~35min,接着进行油淬,淬火后空冷至室温。
所述步骤(3)中,循环超声淬火-回火处理的方法为:将预先油淬后的试样19~21℃/s加热速率随炉升温,升温至760℃~790℃,保温10~15min后,置于淬火油中进行超声淬火,淬火后的试样550~555℃进行回火,超声淬火-回火工艺需反复进行2~4次。
所述的超声淬火的超声波功率为500~1000W,超声波频率为20~25kHz。
本发明的有益效果:
(1)本发明充分利用了35CrMo合金钢具有较低堆积位错能且易发生动态再结晶的特性,采用了相应的加热保温和镦粗试验的处理方法,使35CrMo合金钢临界应变后的动态再结晶组织,达到了显著细化晶粒效果。
(2)本发明采用了预先油淬+循环超声淬火-回火工艺相结合的处理方法,预先油淬可获得亚温淬火所需马氏体和少量均匀分布的细小铁素体组织,这种组织形态可取得亚温淬火的最佳效果;然后进行亚温循环超声淬火-回火工艺可消除35CrMo合金钢组织遗传以及改善组织均匀性方面的作用,而且超声淬火的工艺会产生空化和声流效应,加快试样的冷却速度,是晶粒度相较于常规淬火工艺更细小更均匀。
(3)采用本发明方法获得的构件,显微疏松缺陷得到明显减少,晶粒尺寸可细化到10μm以下,组织均匀性得到明显改善,有利于提高合金构件的综合性能。
附图说明
图1未处理的35CrMo合金钢铸锭的晶粒组织图;
图2为实施例1所得到的35CrMo合金钢再结晶晶粒组织图;
图3为实施例1处理后的35CrMo合金钢晶粒组织图;
图4为实施例2所得到的35CrMo合金钢再结晶晶粒组织图;
图5为实施例2处理后的35CrMo合金钢晶粒组织图;
其中,图中的标尺均为10μm。
具体实施方式
以下实施例旨在对本发明做进一步的说明,这将有利于对本发明及其优点进一步理解。实施例仅用于说明本发明,而不是以任何方式来限制本发明。
实施例1
试验采用中频感应炉重熔的35CrMo合金钢铸锭,其原始晶粒度级别为ASTMNo.1.0级,(晶粒尺寸约为240微米)如图1所示,将实验材料加工成的圆柱试样。
首先将试样在箱式电阻炉中以10℃·s-1的加热速率升温到1210℃,保温16min;然后以10℃·s-1的冷却速率降温到变形温度1050℃,保温10min;接着以0.1s-1的应变速率进行变形量为0.35的镦粗试验;镦粗变形结束后,立即在水中淬火以保持试样高温变形组织(如图2所示,晶粒度为13.86μm);然后再将试样放入冷却的加热炉中,以20℃/s加热速率随炉升温,当温度达到850℃时保温30min后油淬,淬火后空冷至室温;最后以同样的加热速率(20℃/s)将试样升温到760℃,保温10min后,立即在淬火油中进行超声淬火,超声波功率为1000W,超声波频率为25kHz,淬火后的试样经550℃回火,超声淬火-回火工艺反复进行三次,得到晶粒细化的35CrMo合金钢,其组织如图3所示,其晶粒度降至6.67μm。
从图1~3可以看出,原始的35CrMo合金钢的晶粒尺寸较大,经过加热保温和镦粗处理后,使35CrMo合金钢在临界应变下进行再结晶,使其晶粒度明显降低,然后在通过预先油淬和循环超声淬火-回火工艺,改善其组织遗传和组织的均匀性,进一步降低其晶粒度,由此可知,本发明的处理方法可有效降低35CrMo合金钢的晶粒尺寸。
实施例2
试验采用中频感应炉重熔的35CrMo合金钢铸锭,其原始晶粒度级别为ASTMNo.1.0,如图1所示,将实验材料加工成的圆柱试样。
首先试样在箱式电阻炉中以10℃/s-1的加热速率升温到1200℃,保温15min;然后以10℃·s-1的冷却速率降温到变形温度1000℃,保温10min;接着以0.01s-1的应变速率进行变形量为0.4的镦粗试验;镦粗变形结束后,立即在水中淬火以保持试样高温变形组织(如图4所示,晶粒度为18.96μm);然后再将试样放入冷却的加热炉中,以20℃/s加热速率随炉升温,当温度达到850℃时保温30min后油淬,淬火后空冷至室温;最后以同样的加热速率(20℃/s)将试样升温到790℃,保温10min后,立即在淬火油中进行超声淬火,超声波功率为500W,超声波频率为20kHz,淬火后的试样经550℃回火,超声淬火-回火工艺反复进行三次,得到晶粒细化的35CrMo合金钢,其组织如图5所示,其晶粒度降至7.69μm。
从图1、4和5可以看出,原始的35CrMo合金钢的晶粒尺寸较大,经过加热保温和镦粗处理后,使35CrMo合金钢在临界应变下进行再结晶,使其晶粒度明显降低,然后在通过预先油淬和循环超声淬火-回火工艺,其晶粒度进一步下降低至7.69μm,由此可知,本实施例的处理方法可有效降低35CrMo合金钢的晶粒尺寸。
实施例3
试验采用中频感应炉重熔的35CrMo合金钢铸锭,其原始晶粒度级别为ASTMNo.1.0,如图1所示,将实验材料加工成的圆柱试样。
首先试样在箱式电阻炉中以11℃/s-1的加热速率升温到1200℃,保温15min;然后以9℃·s-1的冷却速率降温到变形温度1025℃,保温11min;接着以0.1s-1的应变速率进行变形量为0.35的镦粗试验;镦粗变形结束后,立即在水中淬火以保持试样高温变形组织;然后再将试样放入冷却的加热炉中,以21℃/s加热速率随炉升温,当温度达到860℃时保温35min后油淬,淬火后空冷至室温;最后以同样的加热速率(19℃/s)将试样升温到760℃,保温15min后,立即在淬火油中进行超声淬火,超声波功率为700W,超声波频率为23kHz,淬火后的试样经555℃回火,超声淬火-回火工艺反复进行4次,得到晶粒细化的35CrMo合金钢,其晶粒度降至6.47μm。
Claims (7)
1.一种细化35CrMo合金钢晶粒的加工方法,包括以下步骤:
(1)将35CrMo合金钢铸锭采用中频感应炉重熔得到所需尺寸35CrMo合金钢试样;
(2)将步骤(1)中的试样在箱式电阻炉中进行加热保温,加热保温后,对试样进行镦粗试验,镦粗试验后,立即在水中进行淬火,得到具有高温变形组织的试样;
(3)将步骤(2)中的具有高温变形组织的试样,进行预先油淬,冷却至室温后,进行循环超声淬火-回火处理,实现晶粒组织的细化和均匀化,得到晶粒细化35CrMo合金钢。
2.根据权利要求1所述的细化35CrMo合金钢晶粒的加工方法,其特征在于,所述步骤(1)中的35CrMo合金钢铸锭的化学组分及重量百分含量为:C0.32-0.40%,Si 0.17-0.37%,Mn 0.40-0.70%,Cr 0.80-1.10%,Mo 0.15-0.25%,S≤0.035%,P≤0.035%,Ni+Cu≤0.06%,Fe余量。
3.根据权利要求1所述的细化35CrMo合金钢晶粒的加工方法,其特征在于,所述步骤(2)中,加热保温的具体处理方法为:将试样以9~11℃/s的加热速率升温到1200℃~1210℃,保温14~16min;然后以9~11℃/s的冷却速率降温到变形温度1000℃~1050℃,保温9~11min。
4.根据权利要求1或3所述的细化35CrMo合金钢晶粒的加工方法,其特征在于,所述步骤(2)中,镦粗试验的应变速率为0.01s-1~0.1s-1,变形量为0.35~0.4。
5.根据权利要求1所述的细化35CrMo合金钢晶粒的加工方法,其特征在于,所述步骤(3)中,预先油淬的具体处理方法为:将具有高温变形组织的试样放入到加热炉中,以19~21℃/s加热速率随炉升温,当温度达到850~860℃时保温30~35min,接着进行油淬,淬火后空冷至室温。
6.根据权利要求1或5所述的细化35CrMo合金钢晶粒的加工方法,其特征在于,所述步骤(3)中,循环超声淬火-回火处理的方法为:将预先油淬后的试样19~21℃/s加热速率随炉升温,升温至760℃~790℃,保温10~15min后,置于淬火油中进行超声淬火,淬火后的试样550~555℃进行回火,超声淬火-回火工艺需反复进行2~4次。
7.根据权利要求6所述的细化35CrMo合金钢晶粒的加工方法,其特征在于,所述的超声淬火的超声波功率为500~1000W,超声波频率为20~25kHz。
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