回火溫度對30MnB鋼回火組織及性能的影響

陳丹，殷延明，孫曉兵

山推工程機械股份有限公司 山東濟寧 272073

1 序言

錳硼鋼因具有良好的強度及綜合性能而被廣泛應用，常用的鋼種有25MnB、30MnB、35MnB及40MnB等，30MnB鋼由于具用良好的熱處理工藝性，故現已應用于各類軸、輪圈等零部件。

本文通過研究30MnB鋼淬火后經過不同溫度回火工藝，得出不同回火溫度對金相組織及力學性能的影響，為熱處理回火工藝的制定及該材料的力學性能設計提供參考依據。

2 試驗方案

試驗采用150mm×100mm×50mm試塊，試驗方案：根據《熱處理手冊：工藝基礎（第1卷）》[1]推薦的常用鋼種淬火加熱溫度，并參考我公司內部類似鋼種熱處理工藝，選用箱式試驗爐880℃加熱，保溫60min，清水淬火；并在0～500℃區間回火，保溫2h，具體回火試驗方案見表1。

表1 回火試驗方案

經過淬火及不同溫度的回火后，進行回火色觀察，并進行硬度、金相組織、力學性能檢測。其中，拉伸試驗選擇φ5mm的標準試樣，沖擊試樣選用10mm×10mm×50mm的標準夏比U型缺口試樣。

3 試驗結果分析

3.1 回火色

對溫度400℃以下試樣回火色進行觀察，如圖1所示，淬火件至400℃回火顏色依次為：金屬色-稻草色-棕色-紫色-藍紫色-藍灰色。

圖1 不同回火溫度試樣顏色

3.2 回火溫度對硬度的影響

對不同溫度回火后的試塊進行硬度檢測，具體數據如圖2所示。從圖2可看出，隨著回火溫度升高，硬度不斷降低，且在350℃以后下降顯著。

圖2 回火溫度對硬度的影響

3.3 回火溫度對金相組織的影響

圖3所示為回火溫度對金相組織的影響。從圖3中可看出，組織由淬火板條馬氏體逐漸向回火馬氏體轉變，且隨著溫度升高逐漸轉變為回火托氏體，回火溫度升高至450℃以上轉變為回火索氏體。

圖3 回火溫度對金相組織的影響

回火組織轉變過程：隨著回火溫度的升高，馬氏體開始發生分解，過飽和的α固溶體中析出彌散的碳化物，金相組織由回火馬氏體向回火索氏體轉變。

3.4 回火溫度對力學性能的影響

圖4所示為回火溫度對30MnB鋼抗拉強度、屈服強度的影響。從圖4可看出，抗拉強度、屈服強度隨回火溫度的升高而降低，特別是300℃后下降明顯。

圖4 回火溫度對30MnB鋼強度的影響

圖5所示為回火溫度對30MnB鋼沖擊韌度的影響。從圖5可看出，在200～400℃時，沖擊韌度呈下降趨勢，在400℃后顯著增加。由趨勢可以看出，30MnB鋼應避免在300～400℃回火，否則會出現沖擊韌度急劇下降，并在400℃出現低溫回火脆性的現象。低溫回火脆性是由于馬氏體分解時沿馬氏體條或片的界面析出斷續的薄殼狀碳化物，降低了晶界的斷裂強度，使之成為裂紋擴展的路徑，從而導致脆性斷裂[1]。

圖5 回火溫度對30MnB鋼沖擊韌度的影響

奧氏體分解的相變總驅動力較大，以及由于馬氏體條內析出滲碳體引起的收縮，促使條間殘留奧氏體的分解，形成回火馬氏體脆性[2]。對于硼鋼的回火脆性，目前有著不同的研究結果[3]：有人認為硼可以降低回火脆性的敏感性，也有文獻表明硼對回火脆性并無影響。本文研究表明，硼對回火脆性并無影響。回火工序往往是熱處理的最后一道工序，因此應避免在此溫度區間回火，若在高于此溫度區間進行回火時，則應采取必要措施快速冷卻。

4 結束語

通過對30MnB鋼在不同回火溫度的試驗，可得出以下結論。

1）30MnB鋼調質處理選用450℃回火時，具有良好的綜合力學性能，且回火后應采用快速冷卻的方式。

2）30MnB鋼選用200℃回火時，具有高強度及高耐磨性能。