探究ZG40Mn2Si1RE鋼襯板熱處理工藝的金相控制

劉晨陽　陳　林

（內蒙古科技大學材料與冶金學院，內蒙古包頭 014010）

探究ZG40Mn2Si1RE鋼襯板熱處理工藝的金相控制

劉晨陽陳林

（內蒙古科技大學材料與冶金學院，內蒙古包頭 014010）

為了抵抗大壓力以及過強的沖擊性，錳鋼近幾年得到了越來越多相關人士的關注，特別是防磨損的性能，更是得到了廣泛關注。球磨機作為鋼鐵行業(yè)中比較常見的一種粉碎設備，其襯板被要求具備良好的耐磨性，因此，調整錳鋼的分子組成，并合理設計其熱處理工藝，就成為了當前需要注重關注的問題。本文以ZG40Mn2Si1RE鋼襯板為例，簡要介紹其熱處理工藝以及金相控制實驗。

ZG40Mn2Si1RE鋼襯板 熱處理 金相實驗

鋼鐵鑄件在進行淬火以及回火之前，需要進行事先的熱處理，通常對其進行退火或是正火處理，提升其耐磨性。經(jīng)過熱處理后的鋼鐵鑄件將具備更均勻的化學成分以及顯微組織，并消除鑄造產(chǎn)生的內應力，進一步細化晶粒，得到一定的力學效果。所以，當研制出一種新型的鋼鐵種類時，往往先要對其進行熱處理實驗，分析其金相，進而在實際生產(chǎn)中合理控制鋼鐵鑄件的強度、剛度、耐磨性等性能。

1　ZG40Mn2Si1RE鋼襯板概述

ZG40Mn2Si1RE鋼是向錳鋼中參雜了稀土元素、硅元素等合金元素而誕生的一個新鋼種，主要用于制作球磨機的襯板，使用性能非常好。該鋼種具備良好的韌性以及耐磨性，能夠滿足實際生產(chǎn)時球磨機的需要。

ZG40Mn2Si1RE鋼的化學組成成分，融合了碳、硅、錳、RE等元素，其中，錳和硅元素可以提升奧氏體的淬透性，硅元素還能提升彈性極限，加入稀土元素，能夠凈化晶界并細化晶粒，綜合提升鋼的力學性能以及耐磨性。

2　ZG40Mn2Si1RE鋼襯板熱處理工藝原理

將ZG40Mn2Si1RE鋼加熱至臨界點以后，進行奧氏體化，隨后以合適的溫度冷卻下來，得到想要的馬氏體組織，進而得到想要的力學性能。

3　ZG40Mn2Si1RE鋼襯板熱處理設計以及試驗

3.1生產(chǎn)條件

想要對鋼鑄件進行金相實驗，需要下列設備:

熔煉設備:中頻感應爐/500kg；

化驗設備:由日本出產(chǎn)的直讀光譜儀，全套標準常規(guī)化驗用設備；

熱處理設備:罩式翻轉臺車爐，型號選用RT3-150-12型，尺寸規(guī)格為2.0（m）*1.0（m）*0.8（m），最高可以達到1200℃，裝爐量為2.5噸，用于淬火保溫，襯板結束淬火處理后，側翻到鹽水槽中，規(guī)格為3.0（m）*2.5（m）*3.0（m），進行循環(huán)冷卻；

回火設備:風扇臺車爐，功率為70kW；

式樣獲取設備:數(shù)控切割機床，型號為PK7732F電火花式切割機［2］；

另外需考慮v關聯(lián)著3個(3,3,8)-面這種情況。由引理1(6)知此時最壞的情況是v關聯(lián)著4個6-面,3個(3,3,8)-面,一個(3,5+,8)-面。由引理4知這3個(3,3,8)-面在最壞情況下即兩個窮面一個富面(或兩個半窮面一個窮面),它們從8-點獲得的總權值為由R1,R3.6及最壞3-面8-點情形得

力學性能檢驗用設備:沖擊試驗機，型號為JB-30B，布洛維光學硬度檢驗機，型號為HBRVU-187.5。

3.2試驗方法

將工廠生產(chǎn)出的批量鑄件，在本體上切取試樣。鑄件本體需要進行鹽水淬火、回火以及水淬火和回火，其中，鹽水淬火溫度分別定于800℃、870℃、890℃、970℃、1050℃，水淬火溫度可以定在890℃，回火溫度定于240℃，淬火用的介質溫度可以定在5-40℃之間。熱處理工藝結束后，便可以切取試樣進行測試。

將需要試驗的鋼襯板放置于數(shù)控線切割機床中切得規(guī)格為10（mm）*10（mm）*55（mm）的試樣，盡量保證試樣上面沒有缺口，采用沖擊試驗機以及布洛維硬度計檢測αKn以 及HRC值 。

3.3試驗結果

根據(jù)熱膨脹法以及Formaster膨脹儀可以測出鋼在熱處理過程中的臨界轉變溫度，臨界點Ac3、Ac1分別是775℃和720℃，馬氏體開始轉變和結束轉變溫度Ms、Mf分別是275℃和120℃。

ZG40Mn2Si1RE鋼經(jīng)過熱處理以后，分析其力學性能和相應的金相組織關系。

3.4金相分析

對試樣進行編號。其中，編號1-9試樣，ZG40Mn2Si1RE鋼在奧氏體的890℃進行鹽水淬火，并降其溫度到Ms以下，可以得到想要的中碳馬氏體，同時在回火時保證240℃，便可以得到中碳回火馬氏體［3］。因為馬氏體停止轉變的溫度Mf120℃在室溫以上，所以淬火期間并不會產(chǎn)生殘余的奧氏體，已經(jīng)完全轉變成了想要的馬氏體。馬氏體的力學性能非常好，硬度可以達到56-57HRC，αKn也能達到80-120J/cm2。

10號試樣中的金相組織是珠光體和網(wǎng)狀鐵素體的集合，硬度很低，力學性能較差；

11號和12號試樣中的鐵素體沒能融入到奧氏體中，淬火回火處理以后的金相組織，力學性能雖然好于10號試樣，但是與標準金相組織相比卻仍有一段距離；

13號試樣產(chǎn)生了比較大的馬氏體，雖然硬度在淬火后很好，但是αKn值卻很低；

14號試樣由于淬火介質是水，冷卻速度比鹽水慢很多，冷卻期間未能達到臨界值，進而出現(xiàn)了鐵素體和屈式體，回火處理以后得到了回火馬氏體、鐵素體、屈式體的組合，力學性能很差；

15號試樣中的淬火介質溫度較高，冷卻能力差，回火后得到的不完全是馬氏體，力學性能也達不到想要的標準；

16號試樣中的淬火介質溫度就更高了，以至于部分奧氏體直接轉變成了貝氏體，回火后得到的是貝氏體、鐵素體以及回火馬氏體的組合，力學性能也無法達到標準；

17號試樣加熱溫度過高，鹽水溫度過高，有鐵素體析出，回火以后會出現(xiàn)粗大的回火馬氏體，力學性能未能達到標準。

4　結語

綜上所述，ZG40Mn2Si1RE鋼在890℃進行奧氏體化，經(jīng)鹽水淬火冷卻，240℃回火處理得到的金相組織為均勻純凈的回火馬氏體，力學性能較好。

［1］周立成，劉小水，宋俊良，張相中，王賀，王定祥.ZG40Mn2Si1RE鋼襯板熱處理工藝的金相控制［J］.鑄造技術，2009（03）.

［2］王定祥，孫平.我國耐磨鋼鐵材料標準應用概況［A］.中國機械工程學會.2014中國鑄造活動周論文集［C］.中國機械工程學會，2014（9）.

［3］王定祥，孫志偉.鋼鐵耐磨材料熱處理［A］.中國鑄造科工貿(mào)聯(lián)誼活動組織委員會、中國鑄造科工貿(mào)聯(lián)誼活動常設籌備處.2014消失模與V法鑄造論文集［C］.中國鑄造科工貿(mào)聯(lián)誼活動組織委員會、中國鑄造科工貿(mào)聯(lián)誼活動常設籌備處，2014（24）.