含V微合金中碳鋼高頻熱處理過程奧氏體晶粒粗化的研究

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含V微合金中碳鋼高頻熱處理過程奧氏體晶粒粗化的研究

高頻感應淬火常用來硬化表面層，以提高中碳鋼的疲勞性能，例如汽車發動機曲軸。疲勞性能與前期奧氏體晶粒尺寸（p-AGS）密切相關，細小的前期奧氏體可以獲得較高的疲勞性能。但很少有關于感應加熱過程中奧氏體晶粒粗化現象的研究報告。因為感應加熱過程中的奧氏體晶粒長大是在非等溫條件下發生的，因此這是一個需要關注的現象；微合金鋼的晶粒結構由于碳化物顆粒的存在而使之更穩定，所以其晶粒粗化現象更為復雜。本項研究工作的目的是考察含V微合金鋼在高頻感應加熱過程中，在不同輸入功率情況下晶粒粗化的現象，并使用Gleeble試驗模擬超高速加熱。

試驗所用材料為大批量生產的S45CVMn鋼，高頻感應加熱輸入功率為15～30kW，采用80Hz 和120kHz 2個頻率。用顯微硬度計測量表面硬度，用光學顯微鏡測量奧氏體晶粒。加熱速度和表面溫度是兩個最重要工藝參數，使用Gleeble1500熱變形模擬試驗機可以得到約500℃/s的加熱速度。溫度范圍850～1050℃。

試驗結果表明，在頻率為120kHz情況下，隨著輸入功率從15kW升至30kW，感應硬化層寬度大幅增加。當頻率降至80kHz時，感應硬化層寬度減小，深度增加。盡管是超高速加熱，在次表層還是會發生明顯的奧氏體晶粒粗化。與中碳鋼不同，突出的特點是在表面的某個臨界深度之下奧氏體晶粒突然粗大。Gleeble模擬試驗表明，這種突然的晶粒粗大是由于VC顆粒的分解所致。在簡化溫度和顆粒密度分布圖狀態下進行的蒙特卡洛模擬表明，這種晶粒的突然粗大不僅是由于顆粒釘扎作用，而且可能由于熱釘扎作用。在晶粒突然粗大的相關貢獻因素中，晶粒長大的激活能是重要因素。因為含V中碳微合金鋼具有對晶粒長大的中等程度的激活能，所以顆粒釘扎起重要作用。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2013年第12期

作者：T.H.Kim et al

編譯：張英才