淬火溫度對15Cr2Mo1鋼組織和性能的影響

趙永生， 陳麗娟，陳廣慧

1.浙江恒逸工程管理有限公司 浙江杭州 311200

2.沈陽鼓風機集團有限公司 遼寧沈陽 110869

1 序言

15Cr2Mo1鋼屬于低碳低合金珠光體型高強度耐熱鋼，具有良好的焊接性及綜合力學性能[1]，常在制造壓縮機、汽輪機、動力機械及石油化工等設備零件中選用此種材料，且零件的使用環境多為高溫、高壓環境，因此對其力學性能尤其是沖擊性能要求較高。目前，國內關于此材料應用在離心壓縮機方面的報道較少，因此研究不同亞溫淬火溫度對于15Cr2Mo1鋼力學性能及顯微組織的影響具有重要的實際意義[2]。

2 試驗材料及方法

采用15Cr2Mo1鍛造態合金鋼作為試驗研究對象，鋼錠采用真空精煉加電渣重熔，經鍛造比≥5鍛造成形，通過能譜儀檢測其化學成分，結果見表1。

表1 試驗用15Cr2Mo1鋼化學成分（質量分數） （%）

本試驗擬對試驗用鋼進行正火、淬火、回火處理，通過調整淬火溫度，對試驗用鋼在850～870℃進行亞溫淬火處理，隨后對試件進行回火處理，淬火采用高溫箱式電阻加熱爐，回火采用專用回火電阻爐，選取三個相同規格試驗材料進行熱處理。

3 試驗結果與分析

3.1 淬火溫度對15Cr2Mo1鋼顯微組織的影響

取三組試樣進行相同的正火工藝+不同的淬火工藝+相同的回火工藝處理。第一組試樣淬火、回火溫度為850℃+620℃，顯微組織如圖1a、d所示；第二組試樣淬火、回火溫度為870℃+620℃，顯微組織如圖1b、e所示；第三組試樣淬火、回火溫度為970℃+620℃，顯微組織如圖1c、f所示。

從圖1a、d可看出，試樣經淬火、回火溫度為850℃+620℃處理后，所得到的組織主要為回火索氏體、鐵素體和殘留奧氏體[3]；從圖2b、e可以看出，試樣經淬火、回火溫度為870℃+620℃處理后，組織主要為回火索氏體、鐵素體及部分殘留奧氏體，但組織中未溶的鐵素體含量逐漸減少；從圖1c、f可以看出，試樣經淬火、回火溫度為970℃+620℃處理后，所得到的組織為回火索氏體、鐵素體及殘留奧氏體消失。

圖1 試樣正火調質后的顯微組織

3.2 淬火溫度對15Cr2Mo1鋼力學性能的影響

三組試樣經相同的正火工藝+不同的淬火工藝+相同的回火工藝處理后，試樣的屈服強度、抗拉強度測試結果如圖2所示，夏比V型缺口沖擊吸收能量及硬度如圖3所示。

圖2 強度測試結果

圖3 沖擊性能和硬度檢測結果

由圖2、圖3可看出，在經過相同的正火工藝+不同的淬火工藝+相同的回火工藝處理后，材料的強度和塑性受淬火溫度的影響較大。隨著淬火溫度的升高，材料的屈服強度和抗拉強度及硬度值均呈現升高趨勢。淬火溫度由850℃升高到970℃時，材料的屈服強度由754MPa升高到885MPa，抗拉強度由859MPa升高到994MPa，硬度由257HBW升高到302HBW，材料的沖擊吸收能量隨淬火溫度升高而降低，由206J降低到136J（其中沖擊吸收能量取3個沖擊試樣的平均值）。淬火溫度在850～870℃時，溫度較低，屬于亞溫淬火，材料相變不完全，鐵素體未全部溶于奧氏體，這部分未溶的鐵素體可阻止晶粒長大，沿淬火前原粗大奧氏體晶界可形成極細的奧氏體晶粒，晶粒細化，晶界增多，故單位界面上有害雜質元素含量降低，有利于增加強韌性，降低缺口敏感性，故亞溫淬火可提高材料的沖擊性能[4]。

4 結束語

1）對15Cr2Mo1鋼經相同的正火工藝+不同的淬火工藝+相同的回火工藝處理后，隨著淬火溫度的升高，材料的強度及硬度均呈上升的趨勢，沖擊性能隨溫度升高而降低。

2）亞溫淬火+回火后得到的金相組織為回火索氏體及部分殘留奧氏體，高溫淬火+回火得到的組織為回火索氏體。亞溫淬火后材料的沖擊性能較高主要是因為亞溫淬火晶粒長大的速率低于完全淬火，且未溶鐵素體可抑制晶粒長大，細化晶粒，抑制應力集中，阻礙裂紋的萌生與擴展。