淬火温度对钢组织性能的影响分析

王丙利 燕丽娜 孙博文

摘 要：一般机械所采用的零件大部分为钢制品，但钢组织在制成成品之前要经过高温淬火热处理工艺，在这一过程当中钢组织的组织性能会发生改变。为探索高温淬火对钢组织性能的影响，文章以25MnV钢组织为例，对钢组织进行了分析，在不断的实践中可知，淬火温度对钢组织的刚度与硬度有着较大的影响，钢组织在进行淬火后会得到马氏体与碳化物。在淬火温度达到910℃时，钢组织的刚度与强度达到最大值，之后温度再度上升钢组织性能会下降。

关键词：淬火温度；钢组织；性能变化

钢组织在机械零部件中运用广泛，是当下众多机械元件的原材料，在钢制成机械零件之前，需要进行加工。当下钢链、齿轮等都是常见的机械零部件，其普遍能够承受较高的重量，且使用环境较为广泛，具有耐高温、耐磨损等特点。文章主要以25MnV钢为例对其组织特征进行分析，25MnV钢是圆环链中常用的钢材料，圆环链在煤矿的机械的使用中较广泛，需要承受较大的拉应力。在制作的过程当中，为强化钢组织的性能会进行淬火处理，但淬火温度会对钢组织产生一定的影响。

一、淬火温度及钢材料选取

为研究淬火温度对钢组织性能的影响，将25MnV钢作为钢材料，对其采用热轧+空冷的预处理工艺，25MnV钢硬度为16.6HRC，抗拉强度约为672MPao。在对25MnV钢进行淬火时，淬火时间、回火温度与回火时间均为不变量，只设淬火温度为变量，以此更好的对刚组织性能的变化进行分析，其中淬火温度可分别设定为870℃、890℃、910℃、930℃、950℃，为精确的对钢材料组织的性能进行分析，选取质量相同、硬度相同、拉应力相同的钢组织进行淬火。

二、淬火温度对钢组织性能的影响

文章选用25MnV钢为研究材料，并对其进行热轧+空冷的预处理措施，在常温下显微组织为珠光体和铁素体，刚度大约为17.SHRC，变形强度大约为743MPao在进行实验过程中，淬火和回火的溫度以及保温时间设置为固定值，采用的不同淬火温度有870℃、890℃、910℃、930℃、950℃，并对该钢材做热处理。采用直径18mmx22mm的尺寸样品以及直径D=10mm且长度L=50mm的拉伸样品。为了避免外界因素对试验的干扰以及确保实验结果的准确性，在每个淬火温度点进行3次强度试验和拉伸试验，并对试验结果取平均值作为其力学性能实验的最终结果。

2.1淬火温度对25MnV钢力学性能的影响

将淬火温度分别设定为870℃、890℃、910℃、930℃、950℃，回火温度550℃，经过30min的淬火保温时间和回火保温时间，并在箱式电阻炉中进行钢材的淬火加热处理，进行水淬；同时回火处理也在箱式电阻炉中进行回火操作。经过一段时间的保温后，进行空气冷却，热处理后布洛维光学刚度计上测量钢材的刚度，并在万能材料试验机上对钢材进行轴向拉伸强度试验。根据试验的相关数据可知，淬火温度对25MnV钢的强度和刚度的影响规律与实验温度范围相似，首先当淬火温度的升高时，钢材的强度和刚度都升高；当淬火温度达到最大值910℃之后，强度和刚度将不随淬火温度的升高而升高，反而呈现降趋势。

2.2淬火温度对25MnV钢晶粒度的影响

当淬火温度的升高时，25MnV钢的奥氏体晶粒尺寸缓慢增大。根据相关理论可知，奥氏体晶粒的增大速率与加热温度之间遵循如下的物理关系：

V∝Dexp（-Q/RT）

式中V表示奥氏体晶粒的增大速率

D表示不为零的正数

Q表示材料活化能

R代表玻尔兹曼常数

T表示材料的加热温度

因此，当淬火温度升高时，晶粒原子扩散的活化能Q降低，并且晶粒的增大速率V会升高，奥氏体晶粒尺寸逐渐增大。

2.3淬火温度对25MnV钢组织的影响

当淬火温度为870℃时，钢材的组织以马氏体为主，同时还会有一部分的铁素体存在；当淬火温度为910℃时，钢材组织都为马氏体；之后由于淬火温度的逐渐升高，在950℃时钢组织的变化异常明显。从具体实验可以了解到，经过910℃淬火后的25MnV钢可以具备最优的强度和刚度。这主要是由于当加热温度不断升高时，钢材中的铁素体会全部地溶解在奥氏体中，使得经过淬火的钢组织变为马氏体；且钢材中的合金碳化物得到了分解，其中的碳、锰等元素加快在马氏体中的溶解速度，从而增强了钢材的固溶强化效果，这两方面的原因使得钢材的强度和硬度得到了改善提高。另一方面，由于淬火温度的逐渐升高，奥氏体晶粒迅速增大，形成了更加粗大的马氏体，这导致了钢材的强度和刚度发生降低。

三、总结分析

在实验温度范围内，25MnV钢的强度、硬度先随淬火温度的升高而增加，当达到910℃时，随淬火温度的升高而降低；25MnV钢淬火后其组织为马氏体，当淬火温度较低时，含有少量铁素体；25MnV钢奥氏体晶粒尺寸随淬火温度的升高而变大。

热处理对钢的抗疲劳性具有重要的影响。采用一定的热处理工艺可以改善钢组织的显微组织从而提高其抗热疲劳性能，并且采用热处理可以使钢组织同时具有良好的强度和韧性，降低材料的不均匀性及局部应力，从而提高钢组织的抗疲劳性能。使钢组织具有良好的显微组织和细小的晶粒是选择淬火温度的基本准则。特备是当钢组织中含有较多的微量元素时，会对钢组织的力学性能和抗热疲劳性能产生不利影响。如果淬火温度太低，则钢组织淬火后的硬度低，达不到要求。当淬火温度升高时，研分钢组织的硬度增加。

参考文献

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