Q&P工艺对40Cr13型马氏体不锈钢组织与性能影响的研究

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4Cr13型马氏体不锈钢具有较高的强度和硬度,广泛用于各种刀具材料,但塑韧性较差是其难以克服的弱点。马氏体不锈钢作为刀具材料,传统热处理工艺为淬火十低温回火,得到回火马氏体组织,硬度高但延伸率很低。本研究通过淬火配分处理在显微组织中引入一定体积分数的残留奥氏体从而提高其塑韧性。本文以40Crl3SiNiN和40Cr13N马氏体不锈钢为研究对象,针对奥氏体化温度、奥氏体化时间和淬火温度3种工艺参数设计了多种不同的Q&P热处理制度,通过观察试样的显微组织,对比其力学性能,分析了Q&P热处理工艺对40Cr13型马氏体不锈钢组织转变、力学性能影响规律,评估了Q&P热处理工艺在传统马氏体不锈钢应用的可能性。研究获得如下结果:1.40Crl3SiNiN钢由于Ni元素的加入,使(γ+M23Cs)/(α+β+M23C6)、(α+γ+M23C6) /(α+M23C6)温度区间下降,退火后显微组织为隐晶马氏体+颗粒状碳化物,碳化物分布不均匀,主要分布在原奥氏体晶界,硬度为36.0HRC; 40Cr13N钢退火后显微组织为铁素体+颗粒状碳化物,碳化物尺寸分布都比均匀,硬度为8.0HR。2.实验钢经1000℃奥氏体化1h后淬火至不同温度,再经400℃×20min配分处理后,随着淬火温度的升高,40Cr13SiNiN钢中残留奥氏体含量先升高后下降,在80℃C时取得最大值(约35%);40Cr13N钢中残留奥氏体含量单调上升,在120℃C时取得最大值(约29%)。3.实验钢经1000℃奥氏体化1h后淬火到不同温度,再经400℃×20min配分处理,40Crl3SiNiN钢在淬火温度为30℃时取得硬度及塑韧性的良好配合:Hardness=51.1HRC, Rp0.2=1310MPa, Rm=1760MPa, A=11.0%, Akv=8.0J; 40Cr13N钢在淬火温度为45℃时取得硬度及塑韧性的良好配合:Hardness=51.0HRC, Rp0.2=1420MPa, Rm=1780MPa, A=10.0%, Akv=8.0J.4.实验钢经1000℃奥氏体化1h后淬火到不同温度,再经400℃×20min配分处理,40Cr13SiNiN钢淬火到75℃时获得最佳综合力学性能(强塑积约为26500MPa%),具体力学性能指标为:Hardness=48.5HRC, Rp0.2=1260MPa, Rm=1660MPa,A=16.0%, Akv=12.3J; 40Cr13N钢淬火到90℃时获得最佳综合力学性能(强塑积约为30000MPa%):具体力学性能指标为:Hardness=47.0HRC, Rp0.2=1250MPa, Rm=1700MPa, A=18.0%, Akv=15.0J。5.40Cr13N钢经1080℃奥氏体化5-40min后淬火到30℃,再经450℃×20min配分处理的试样中,随着加热时间的延长,残留奥氏体含量单调上升,在40min时取得最大值(约30%)。在奥氏体化时间为10min时取得强塑性的最佳组合:Hardness=50.5HRC, Rp0.2=1420MPa, Rm=1850MPa, A=12.9%, Akv=14.5J。
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