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標準規定的熱處理規范進行熱處理,其延伸率8,經常達不到標準規定的機械性能要求,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1Cr13 GB1221-94標準的熱處理規范,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),根據調質后機械性能數據顯示(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,都出現同樣按標準規定的熱處理規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,查閱有關資料發現,1Cr13標準性能數據在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中標準性能數據顯示,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,標準中的熱處理規范給出的淬回火溫度區間較大,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生組織的轉變而不發生相的轉變。

1Cr13組織差異

為了尋求1Cr13組織轉變的規律,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,只能進行現場觀察,我們在顯微放大500倍現場進行觀察對比,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,但未發現明顯相變組織,可能有一小部分已發生相變。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,而要在上述標準規定的熱處理規范區間內去確定準確的淬火溫度、回火溫度以滿足規定的性能,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,只能突破標準規范作新的嘗試。

熱處理工藝參數確定

通過對1Cr13材料的分析發現，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A1 溫度在~820℃,回火溫度只要不突破此溫度，就不會發生相變,而只能是組織形態的變化,而這種形態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。