快速循环GCr15SiMn相变对钢组织和性能的影响
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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GCr15SiMn钢硬度高、耐磨性好、淬透性较好，被广泛应用于生产厚壁轴承套圈、大尺寸滚动体以及工模具。但该钢韧性差，这常常导致恶劣服役环境中轴承的早期失效。细化晶粒既可以提高强度，又可以提高韧性，是实现钢的强韧化最有效的途径之一。本研究通过多次快速循环加热+冷却处理来细化GCr15SiMn钢的组织，从而改善其冲击韧性，提高其使用性能。
试验用料取自Φ130mm的GCr15SiMn热轧棒材，其化学成分列于表1。沿棒料轴向截取冲击试样毛坯。试样先进行球化退火处理，为后续循环处理作组织准备。快速循环相变处理在Gleeble 1500D热模拟试验机上实现，处理工艺为以20℃/s升温至830℃保温2min，空冷，受试验设备条件限制，加热部位限于试样长度方向中部约1cm区域。循环次数分别设为1、2、3、4次，每种工艺制度做2支平行试样。试样处理完毕后立即进行低温回火以消除内应力。此外，试验还设计了1组采用常规淬、回火处理（830℃×30min油淬+155℃×2h）的试样，以供对比。热处理后，将试样加工成10mm×10mm×55mm标准夏比U形缺口的冲击试样，利用VH-5型魏氏硬度计进行硬度测试，在JBN-300B型冲击试验机上进行冲击试验，在HITACH S-4300型扫描电镜上观察断口微观形貌，断口切平后将处理部位横截面制成金相试样，利用Olympus GX51型金相显微镜进行组织观察，利用SISC IAS 8.0金相图像分析软件进行碳化物的粒度分析以及晶粒尺寸的统计。
表1 试验钢的化学成分（质量分数，%）
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C
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Cr
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Si
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Mn
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S
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P
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O
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Ti
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0.97
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1.48
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0.62
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1.10
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0.0015
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＜0.005
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0.0004
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0.0027
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结果表明：
（1）采用830℃×2min的快速循环相变处理可以使GCr15SiMn钢的组织均匀，晶粒细化1～2级，冲击韧性提高40%～130%，2次以上的处理可使硬度达到或超过常规淬、回火处理的硬度水平。
（2）GCr15SiMn钢的循环次数以不超过3次为宜，循环4次时会发生晶粒粗化现象。