淬火溫度對2.25Cr-1Mo鋼性能及組織的影響

王思倩，陳 煒，耿延朝，于廣義，閆 卓，劉業(yè)超

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

葉輪作為壓縮機(jī)的心臟部件，不僅承受高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力和旋轉(zhuǎn)震動中帶來的應(yīng)力，而且還受到環(huán)境、工況和介質(zhì)等多種因素的影響，因此對于壓縮機(jī)葉輪的要求也不斷提高[1，2]。2.25Cr-1Mo鋼具有良好的蠕變抗力、耐氫蝕能力，并且具有優(yōu)異的力學(xué)性能和高淬透性、特別是經(jīng)濟(jì)性，使得此鋼在石油化工等方面被廣泛使用。目前國內(nèi)關(guān)于此材料在離心壓縮機(jī)方面的報(bào)道較少，因此研究淬火溫度對于2.25Cr-1Mo鋼力學(xué)性能及顯微組織的影響具有重要的實(shí)際意義。筆者以鍛造態(tài)2.25Cr-1Mo鋼為研究對象，通過對不同淬火溫度處理后2.25Cr-1Mo鋼顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行分析和探討，得出此類鋼隨淬火溫度的變化機(jī)理，以期為合理使用此類低合金鋼提供一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

表1 2.25Cr-1Mo的化學(xué)成分／%

表2 試樣編號及淬火溫度

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)以鍛造成型的2.25Cr-1Mo為研究對象，其化學(xué)成分見表1。基于不同淬火溫度對2.25Cr-1Mo鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響，因此對2.25Cr-1Mo鋼進(jìn)行相同工藝參數(shù)的正火處理和回火處理，然后進(jìn)行不同淬火溫度的淬火處理。試樣編號和淬火溫度見表2。對經(jīng)不同熱處理的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，拉伸試樣為標(biāo)距為30mm，平行部分直徑6mm的棒狀試樣并在DCS-10t萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，沖擊試樣采用V型缺口試樣，在JB-30B沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行常溫沖擊試驗(yàn)；利用Olympus GX51光學(xué)顯微鏡(OM)進(jìn)行金相顯微組織分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 淬火溫度對2.25Cr-1Mo顯微組織的影響

在經(jīng)過相同溫度的正火+回火處理情況下，淬火處理溫度對顯微組織的影響見圖1。如圖可見，經(jīng)過正火+調(diào)質(zhì)處理后的顯微組織均主要為索氏體，當(dāng)淬火溫度選在臨界區(qū)溫度時(shí)，由于不充分的奧氏體化原因，另外絕大部分的奧氏體是由珠光體轉(zhuǎn)變而來的，所以奧氏體保留了原始珠光體的分布狀態(tài)，因此淬火后得到的馬氏體呈帶狀分布；隨著淬火溫度的升高，組織趨于均勻，奧氏體化逐漸得到充分，晶粒將由條帶狀向等軸狀轉(zhuǎn)變[3，4]。主要原因是由于淬火溫度的升高，在相同的加熱時(shí)間內(nèi)，元素?cái)U(kuò)散加劇，奧氏體轉(zhuǎn)變速率加快，珠光體溶解速率同時(shí)也加快，由于奧氏體吞并鐵素體，鐵素體晶粒的條帶狀分布就被打破了，由于奧氏體量越多其條帶狀分布越不明顯，淬火后組織相對均勻化。

圖1 不同淬火溫度后2.25Cr-1Mo的顯微組織

2.2 淬火溫度對2.25Cr-1Mo力學(xué)性能的影響

由圖2可知，在經(jīng)過相同溫度的正火+回火處理后，2.25Cr-1Mo鋼隨著淬火溫度的升高，鋼的強(qiáng)度和硬度逐漸增加，但是沖擊功卻表現(xiàn)出相反的趨勢，隨著淬火溫度的升高沖擊功是下降的。布氏硬度由970℃淬火處理的360 HBW降低到865℃淬火處理的278 HBW；沖擊功由970℃淬火處理的46 J提高到865℃淬火處理后的167 J，其中沖擊功為3個(gè)沖擊功的平均值。隨淬火溫度的升高，2.25Cr-1Mo鋼強(qiáng)度和硬度提高主要原因是馬氏體數(shù)量增加，而馬氏體是鋼中的主要強(qiáng)化相，由于馬氏體數(shù)量增加則增大了鋼的強(qiáng)化作用。

圖2 淬火溫度對力學(xué)性能的影響

隨著淬火溫度的升高，2.25Cr-1Mo鋼其沖擊功下降，是由于鐵素體含量減少，鐵素體是延性相，因此沖擊功下降，另外鋼中的鐵素體組織具有高度自由的可動位錯(cuò)，因而條狀鐵素體和馬氏體可以協(xié)同變形，由于鐵素體含量的降低，協(xié)同變形變差，沖擊功下降[3]，但是當(dāng)淬火溫度高于920℃時(shí)，其強(qiáng)度變化并不明顯，抗拉強(qiáng)度由920℃淬火時(shí)的1040 Mpa變?yōu)?70℃淬火時(shí)的1048Mpa。

3 結(jié)論

（1）2.25Cr-1Mo鋼經(jīng)過正火+調(diào)質(zhì)處理后的組織均以回火索氏體為主。

（2）當(dāng)在臨界區(qū)溫度加熱時(shí)，2.25Cr-1Mo鋼保持了原始的組織分布，淬火后以條帶狀馬氏體為主。

（3）2.25Cr-1Mo鋼隨著淬火溫度的升高，組織相對均勻化，由條帶狀逐漸轉(zhuǎn)變成等軸狀。

（4）在相同正火+回火處理溫度下，2.25Cr-1Mo隨著淬火溫度的升高，硬度與強(qiáng)度逐漸提高，沖擊功下降。