淬火回火对W6Mo5Cr4V2Si新型高速钢组织与硬度的影响

来源:浙江工贸职业技术学院作者:李勇

采用不同淬火、回火工艺对W6Mo5Cr4V2Si 新型高速钢进行热处理工艺试验,并对材料的微观组织及硬度进行了分析。结果表明:W6Mo5Cr4V2Si钢在1200 ℃以下淬火、600 ℃回火硬度较低、在1250 ℃淬火时,随回火温度的升高,材料的回火硬度下降,560 ℃左右回火后材料的硬度最高,为67.1 HRC 左右,其组织主要由网状、半网状及颗粒状碳化物+回火马氏体组成。

W6Mo5Cr4V2 钢作为一种比较成熟的高速钢种,已在生产中广泛应用。Si 在高速钢中的应用和研究始于20世纪70 年代,目前的一些研究结果已肯定了Si 在高速钢中的一些积极作用,如Si 能提高高速钢的二次硬度、改善高速钢的韧性等。本文通过向W6Mo5Cr4V2 合金钢中添加1%左右的Si 熔炼制成W6Mo5Cr4 V2Si 钢,通过W6Mo5Cr4V2Si 钢的不同淬火工艺和不同回火工艺试验,研究淬火工艺、回火工艺对W6Mo5Cr4V2Si 钢组织和硬度的影响,以摸索W6Mo5Cr4V2Si 钢的最佳热处理工艺制度,为该钢种的生产应用提供一定的技术参考。

1、实验材料及方法

1.1、实验材料

实验采用的W6Mo5Cr4V2Si 高速钢由浙江某厂熔炼,材料的化学成分如表1 所示。

表1 W6Mo5Cr4V2Si高速钢的化学成分(质量分数,%)

W6Mo5Cr4V2Si高速钢的化学成分

1.2、试验设备

淬火预热及回火试验在KSW-40-11 中温箱式炉中进行,淬火试验在GSX-12-16 型高温箱式炉中进行。硬度测试采用HRS-150 型数显洛氏硬度计。金相分析采用DM2500 型正置金相显微镜。材料成分分析采用S4 型X荧光光谱仪。

1.3、试验方法

淬火试验工艺为850℃预热10 min,分别在1150、1200 和1250℃保温6~8min 后油淬。具体试验过程是将等温退火后的试样放入中温箱式炉中进行预热,然后移入高温箱式炉中进行保温,完成不同温度下的淬火工艺试验。

回火工艺试验是对淬火后的三种试样分别进行560、600和650℃的回火,每个回火温度保温1h,然后炉冷。每个回火工艺重复3 次,即采用3 次回火工艺,待试样回火处理完毕后进行相应表面处理,测试硬度。

每个淬火、回火工艺均做三个试样,硬度测试时每个试样测三次,取平均值作为该试样的硬度值,然后取三个试样的平均值作为该热处理工艺条件下W6Mo5Cr4V2Si 钢的硬度测试结果。金相分析时采用4%的硝酸酒精腐蚀试样。

2、结果与分析

2.1、淬火、回火工艺对W6Mo5Cr4V2Si钢硬度的影响

表2 为W6Mo5Cr4V2Si 钢在不同淬火、不同回火温度下各试样的硬度测试结果的平均值,其中驻HRC 为试样回火硬度平均值与淬火硬度平均值的差值。可以看出:W6Mo5Cr4V2Si 钢在1250℃淬火、560℃回火时,材料的回火硬度最高,为67.1HRC,较淬火硬度提高了8.6HRC。

表2 W6Mo5Cr4V2Si钢在不同淬火、不同回火温度下的平均硬度值

W6Mo5Cr4V2Si钢在不同淬火、不同回火温度下的平均硬度值

W6Mo5Cr4V2Si 钢在试验的1150~1250℃的淬火温度区间内,在560~600℃的回火温度范围内,随淬火温度的升高,材料的回火硬度升高、在650℃左右回火后,随淬火温度的升高,材料的回火硬度先升高后下降。W6Mo5Cr4V2Si 钢在560~650℃回火,在1150~1200℃淬火区间,随回火温度的升高,材料的回火硬度先降低后升高、在1250℃淬火时,随回火温度的升高,材料的回火硬度下降。

另外,W6Mo5Cr4V2Si 钢在淬火和回火温度范围内,除1200℃淬火、600℃回火处理的试样其回火硬度较淬火硬度低外,其他试样的回火硬度均较淬火硬度高,显示出明显的回火二次硬化现象,且尤以1250℃淬火、560℃回火时W6Mo5Cr4V2Si 钢的二次硬化效果最为显著。

资料显示:W6Mo5Cr4V2 钢在1220~1240 ℃淬火、550~570回火处理后,钢的硬度一般为63~66HRC[8]。而加入1%左右的Si后,即W6Mo5Cr4V-2Si钢经1200~1250℃淬火、560℃回火处理后,材料的回火硬度均超过了66HRC,这说明合金元素Si的加入,能有效提高钢的硬度。

2.2、淬火、回火工艺对W6Mo5Cr4V2Si钢组织的影响

图1 为W6Mo5Cr4V2Si 钢经不同温度淬火、回火后的组织。可看出:W6Mo5Cr4V2Si 钢经1150℃淬火+ 600℃回火后,其组织主要由奥氏体、部分回火马氏体及白色的碳化物颗粒组成,奥氏体组织显然是淬火温度过低所致,因此引起钢的回火硬度偏低。

W6Mo5Cr4V2Si 钢经1200℃淬火+560℃回火后,其基体为较粗大的针状回火马氏体+少量残余奥氏体,白色颗粒状物质为碳化物,即组织主要为回火马氏体、少量残余奥氏体及碳化物颗粒组成。W6Mo5Cr4V2Si 钢经1250℃淬火+560℃回火及1250℃淬火+600℃回火后,其组织均主要为网状、半网状及颗粒状碳化物+回火马氏体组成,其中,560℃回火时,马氏体组织较为细小,残余奥氏体组织较难分辨,600℃回火时基体马氏体组织中仍可见少量的残余奥氏体组织。另外,可能由于淬火温度稍偏高,晶粒边界的碳化物部分被溶解变形,在冷却时,呈网状或半网状析出、至于合金元素Si的加入,是否促进了碳化物的析出,则有待进一步研究。

W6Mo5Cr4V2Si 经不同温度淬火、回火后的组织

图1 W6Mo5Cr4V2Si 经不同温度淬火、回火后的组织

3 结论

(1) 合金元素Si 的加入量在1%时,经适当热处理,能有效提高W6Mo5Cr4V2 高速钢的硬度。

(2) W6Mo5Cr4V2Si 钢经1250℃淬火+560℃回火1h,3次回火后,材料的硬度最高,为67.1HRC,其组织主要由网状、半网状及颗粒状碳化物+回火马氏体组成。淬火后的W6Mo5Cr4V2Si 钢,经回火处理后,显示出了明显的二次硬化效应。

(3) W6Mo5Cr4V2Si 钢在低于1200℃淬火时,回火处理后其硬度偏低,一般会低于66HRC,如果要兼顾材料的硬度性能,建议避开600℃的回火温度。W6Mo5Cr4V2Si钢在1200~1250℃淬火时,经回火处理后,材料的回火硬度普遍较高,在560~650℃,回火温度越低,3 次回火后,材料的硬度性能越好,如果要使用材料的硬度性能,建议在1200~1250℃淬火时选用560℃的回火温度。